1.1. Общие сведения.
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 U хх 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 . 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 0,1 хх до 0,9U хх. 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 U хх =60...65В. Для безопасности проведения работ более высокое выходное напряжение холостого хода не рекомендуется, у промышленных сварочных аппаратов для сравнения U хх может составлять 70..75 В..
Величина напряжения сварки I св должна обеспечивать устойчивое горение дуги, в зависимости от диаметра электрода. Величина напряжения сварки U св может составлять 18...24 В.
Номинальный сварочный ток должен составлять:
I св =KK 1 *d э , где
I св - величина сварочного тока, А;
K 1 =30...40 - коэффициент, зависящий от типа и размера электрода d э , 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:
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:
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.
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:
При подборе сердечника необходимо учитывать размеры "окна", 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:
Для увеличения внутреннего диаметра тора ("окна") 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 .
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 P 2 =I св *U св . Если сварка ведется электродом dэ=4 мм, при токе 130...160 А, то мощность вторичной обмотки составит: Р 2 =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 S 1 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:
W 1 =(k 2 *S)/U 1 , где
k 2 - 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 U хх, 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 W 2 .
Вторичная обмотка W 2 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).
Существуют следующие правила намотки обмоток сварочного аппарата:
Сетевую обмотку на магнитопроводе стержневого типа можно расположить двумя основными способами. Первый способ позволяет получить более "жесткий" 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:
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 "мягко", 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.
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.
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 - I св и напряжения сварки U св, 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%.
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.
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.
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; | 4 - ярмо |
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 "Латр" 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 "ЛАТРА".
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 "змейке" 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).
Сварочный аппарат, при отсутствии "ЛАТРА", 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.
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 ).
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.
Удобный и простой в конструкции держатель электродов можно сделать из двух стальных уголков 25х25х4 мм (рис. 19 )
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.
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.
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.
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:
http://valvolodin.narod.ru/index.html - много ГОСТов, схем как самодельных аппаратов, так и заводских
http://www.y-u-r.narod.ru/Svark/svark.htm то же сайт энтузиаста сварки
При написании статьи использовалась часть материалов из книги Пестрикова В. М. "Домашний электрик и не только..."Всего хорошего, пишите to © 2005
Сварочный аппарат - желанное приобретение для любого хозяйства. Преимущества ручной элекросварки очевидны и бесспорны: простота в пользовании, широчайшая область применения, высокая производительность и надежность соединений - и все это при возможности работы практически везде, где есть электросеть. Проблем с выбором и приобретением сварочных аппаратов сегодня, вроде бы, не существует. В продаже появилось немало бытовых и профессиональных сварочных аппаратов промышленного изготовления. Наперебой предлагают свою продукцию и всевозможные кустарные мастерские и умельцы. Да вот только цены на фабричные аппараты "кусаются", как правило, в несколько раз, превосходя теперешний среднемесячный заработок. В основном именно это печальное несоответствие между собственным достатком и ценой всегда и вынуждает многих людей браться за сварку собственными руками.
В современной литературе можно встретить немало материала по сварочному делу. В последние годы ряд статей, посвященных усовершенствованию и расчету элементов сварочных трансформаторов (СТ), было опубликовано и в "Радіоаматоре", что, несомненно, свидетельствует об интересе читателей к данной теме. Я предлагаю самое главное: как и из чего в домашних условиях изготовить сварочные трансформаторы. Все описанные в дальнейшем схемы сварочных трансформаторов прошли практическую проверку и реально пригодны для ручной электросварки. Некоторые же из схем отрабатывались "в народе" на протяжении десятилетий и стали своего рода "классикой" самостоятельного "трансформаторостроения".
Как и любой трансформатор, СТ состоит из первичной и вторичной (возможно с отводами) обмоток, намотанных на крупном магнитопроводе из трансформаторного железа. От обычного трансформатора СТ отличает режим работы: работает он в дуговом режиме, т.е. в режиме практически максимально возможной мощности. А отсюда и сильные вибрации, интенсивный нагрев, необходимость применения провода большого сечения. Запитывается СТ от однофазной сети 220-240 В. Выходное напряжение вторичной обмотки в режиме холостого хода (х.х.) (когда к выходу не подключена нагрузка) у самодельных СТ лежит, как правило, в пределах 45-50 В, реже до 70 В. Вообще, выходные напряжения для промышленных сварочных агрегатов ограничены (80 В для переменного, 90 В для постоянного напряжения). Поэтому большие стационарные агрегаты имеют на выходе 60-80 В.
Основной мощностной характеристикой СТ принято считать выходной ток вторичной обмотки в дуговом режиме (режиме сварки). При этом электрическая дуга горит в зазоре между концом электрода и свариваемым металлом. Величина зазора 0,5...1,1 d (d - диаметр электрода), она поддерживается вручную. Для переносных конструкций рабочие токи составляют 40-200 А. Сварочный ток определяется мощностью СТ. От выходного тока СТ зависят выбор диаметра используемых электродов и оптимальная толщина свариваемого металла.
Наиболее распространенными являются электроды со стальными прутьями D3 мм ("тройка"), для которых необходимы токи 90-150 А (чаще 100-130 А). В умелых руках "тройка" будет гореть и при 75 А. При токах, больших 150 А, такие электроды можно применять для резки металла (тонкие листы железа 1-2 мм можно резать и при меньших токах). При работе электродом D3 мм через первичную обмотку СТ протекает ток 20-30 А (чаще около 25 А).
Если выходной ток ниже требуемого, то электроды начинают "липнуть" или "клеиться", привариваясь кончиками к свариваемому металлу: так, СТ начинает работать с опасной перегрузкой в режиме короткого замыкания. При токах, больше допустимых, электроды начинают резать материал: так можно испортить все изделие.
Для электродов с железным стержнем D2 мм необходим ток 40-80 А (чаще 50-70 А). Ими можно аккуратно сваривать тонкую сталь толщиной 1-2 мм. Электроды D4 мм хорошо работают при токе 150-200 А. Более высокие токи используют для малораспространенных (D5-6 мм) электродов и резки металла.
Кроме мощности, важным свойством СТ является его динамическая характеристика. Динамическая характеристика трансформатора во многом определяет стабильность горения дуги, а значит, и качество сварных соединений. Из динамических характеристик можно выделить крутопадающую и пологопадающую. При ручной сварке происходят неизбежные колебания конца электрода и соответственно изменение длины горения дуги (в момент зажигания дуги, при регулировании длины дуги, на неровностях, от дрожания рук). Если динамическая характеристика СТ крутопадающая, то при колебаниях длины дуги происходят незначительные изменения рабочего тока во вторичной обмотке трансформатора: дуга горит стабильно, сварной шов ложится ровно.
При пологопадающей или жесткой характеристике СТ: при изменении длины дуги резко меняется и рабочий ток, что меняет режим сварки - в результате дуга горит нестабильно, шов получается некачественным, работать с таким СТ вручную тяжело или вообще невозможно. Для ручной дуговой сварки необходима крутопадающая динамическая характеристика СТ. Пологопадающая применяется для автоматической сварки.
Вообще в реальных условиях как-либо измерить или количественно оценить параметры вольт-амперных характеристик, впрочем, как и многие другие параметры СТ, вряд ли представляется возможным. Поэтому на практике СТ можно делить на такие, которые сваривают лучше и которые работают хуже. Когда СТ работает хорошо, сварщики говорят: "Варит мягко". Под этим следует понимать высокое качество шва, отсутствие разбрызгивания металла, дуга все время горит стабильно, металл наплавляется равномерно. Все описанные в дальнейшем конструкции СТ реально пригодны для ручной дуговой сварки.
Режим работы СТ можно охарактеризовать как кратковременный повторяющийся. В реальных условиях после сваривания, как правило, следуют монтажные, сборочные и другие работы. Поэтому СТ после работы в дуговом режиме имеет какое-то время для охлаждения в режиме х.х. В дуговом режиме СТ интенсивно нагревается, а в режиме х.х. охлаждается, но намного медленнее. Хуже ситуация, когда СТ применяют для резки металла, что весьма распространено. Чтобы перерезать дугой толстые прутья, листы, трубы и т.д., при не слишком высоком токе самодельного трансформатора, приходится слишком перегревать СТ.
Любой аппарат промышленного изготовления характеризуется таким важным параметром, как коэффициент продолжительности работы (ПР), измеряемым в %. Для отечественных заводских переносных аппаратов массой 40-50 кг ПР обычно не превосходит 20%. Это значит, что СТ может работать в дуговом режиме не более 20% общего времени, остальные 80% он должен находится в режиме х.х.. Для большинства самодельных конструкций ПР следует принимать еще меньше. Интенсивным же режимом работы СТ будем считать такой, когда время горения дуги того же порядка, что и время перерывов.
Самодельные СТ выполняют по разным схемам: на П-, ПU- и Ш-образных магнитопроводах: тороидальные, с различными комбинациями расположения обмоток. Схема изготовления СТ и количество витков будущих обмоток главным образом определяются имеющимся в распоряжении сердечником - магнитопроводом. В дальнейшем в статье будут рассмотрены реальные схемы самодельных СТ и материалы для них. Сейчас же определим, какие обмоточные и изоляционные материалы понадобятся для будущего СТ.
Учитывая высокие мощности, для обмоток СТ применяют относительно толстый провод. Развивая во время работы значительные токи, любой СТ постепенно нагревается. Скорость нагрева зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является диаметр или площадь поперечного сечения проводов обмоток. Чем толще провод, тем лучше он пропускает ток, тем меньше он нагревается и, наконец, тем лучше он рассеивает тепло. Основной характеристикой является плотность тока (А/мм2): чем выше плотность тока в проводах, тем интенсивнее происходит разогрев СТ. Обмоточные провода могут быть медными или алюминиевыми. Медь позволяет использовать в 1,5 раз большую плотность тока и меньше греется: первичную обмотку лучше намотать медным проводом.
В промышленных аппаратах плотность тока не превышает 5 А/мм2 для медного провода. Для самодельных вариантов СТ удовлетворительным результатом можно считать и 10 А/мм2 для меди. С увеличением плотности тока резко ускоряется нагрев трансформатора. В принципе, для первичной обмотки можно использовать провод, через который потечет ток с плотностью до 20 А/мм2, но тогда СТ нагреется до температуры 60° С уже после использования 2-х3-х электродов. Если вы считаете, что сваривать вам придется немного, небыстро, и лучших материалов у вас все равно не найдется, то можно первичную обмотку намотать проводом и с сильной перегрузкой. Хотя это, конечно, неизбежно уменьшит надежность аппарата.
Кроме сечения, другой важной характеристикой провода является способ изоляции. Провод можно покрыть лаком, намотать в один или два слоя нити или ткани, которые, в свою очередь, пропитать лаком. От типа изоляции сильно зависит надежность обмотки, ее максимальная температура перегрева, влагостойкость, изоляционные качества (см. табл.1).
Таблица 1
Примечание . ПЭВ, ПЭМ - провода, эмалированные высокопрочным лаком (соответственно винифлекс и металвин), выпускаются с тонким (ПЭВ-1,ПЭМ-1) и усиленным изоляционными слоями (ПЭВ-2, ПЭМ-2); ПЭЛ - провод, эмалированный лаком на масляной основе; ПЭЛР-1, ПЭЛР-2 - провода, эмалированные высокопрочным полиамидным лаком, соответственно с тонким и усиленным слоями изоляции; ПЭЛБО, ПЭВЛО - провода на основе проводов типа ПЭЛ и ПЭВ с одним слоем, соответственно натурального шелка, хлопчатобумажной пряжи или лавсана; ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2 - провод, эмалированный высокопрочной полиуретановой эмалью, теплостойкой, с тонким и усиленным слоями изоляции; ПЛД - провод, изолированный двумя слоями лавсана; ПЭТВ - провод, эмалированный теплостойким высокопрочным полиэфирным лаком; провода типа ПСД - с изоляцией из бесщелочного стекловолокна, наложенного двумя слоями с подклейкой и пропиткой нагревостойким лаком (в обозначениях марок: Т - утоненная изоляция, Л - с поверхностным лаковым слоем, К - с подклейкой и пропиткой кремнийорганическим лаком); ПЭТКСОТ - провод, изолированный теплостойкой эмалью и стекловолокном; ПНЭТ-имид - провод изолированный высокопрочной эмалью на полиамидной основе. Под толщиной изоляции в таблице принимается разность между максимальным диаметром провода и номинальным диаметром по меди.
Наилучшей является изоляция из стеклоткани, пропитанной теплостойким лаком, однако достать такой провод сложно, а если покупать, то обойдется он недешево. Наименее желательным, но самым доступным материалом для самоделок являются обычные провода ПЭЛ, ПЭВ Dции. Такие провода наиболее распространены, их можно снять с катушек дросселей, трансформаторов отслужившего оборудования. Осторожно снимая старые провода с каркасов катушек, необходимо следить за состоянием их покрытия и слегка поврежденные участки дополнительно изолировать. Если катушки с проводом были дополнительно пропитаны лаком, их витки между собой склеились, и при попытке рассоединения затвердевшая пропитка часто срывает и собственное лаковое покрытие провода, оголяя металл. В редких случаях, при отсутствии других вариантов "самодельщики" наматывают первичные обмотки даже монтажным проводом в хлорвиниловой изоляции. Его недостатки: лишний объем изоляции и плохой теплоотвод.
Качеству укладки первичной обмотки СТ всегда следует уделять наибольшее внимание. Первичная обмотка содержит большее количество витков, чем вторичная, плотность ее намотки выше, она больше греется. Первичная обмотка находится под высоким напряжением, при ее межвитковом замыкании или пробое изоляции, например, через попавшую влагу, вся катушка быстро "сгорает". Как правило, восстановить ее без разборки всей конструкции невозможно.
Вторичную обмотку СТ наматывают единым или многожильным проводом, сечение которого обеспечивает необходимую плотность тока. Существует несколько способов решения этой проблемы. Первый можно использовать монолитный провод сечением 10-24 мм2 из меди или алюминия.
Такие провода прямоугольного сечения (обычно называемые шиной) используют для промышленных СТ. Однако в большинстве самодельных конструкций провод обмоток приходится много раз протягивать через узкие окна магнитопровода. Попробуйте себе представить, как это проделать примерно 60 раз с твердым медным проводом сечением 16 мм2. В этом случае лучше отдать предпочтение алюминиевым проводам: они намного мягче, да и стоят дешевле.
Второй способ - намотать вторичную обмотку многожильным проводом подходящего сечения в обычной хлорвиниловой изоляции. Он мягкий, легко укладывается, надежно изолирован. Правда, слой синтетики занимает лишний объем в окнах и препятствует охлаждению. Иногда для этих целей используют старые многожильные провода в толстой резиновой изоляции, которые применяют в мощных трехфазных кабелях. Резину легко удалить, а вместо нее провод обмотать слоем какого-нибудь тонкого изоляционного материала. Третий способ - можно изготовить вторичную обмотку из нескольких одножильных проводов примерно таких, которыми намотана первичная обмотка. Для этого 2-5 проводов D1,62,5 мм аккуратно стягивают вместе скотчем и используют как один многожильный. Такая шина из нескольких проводов занимает небольшой объем и обладает достаточной гибкостью, что облегчает ее укладку.
Если же нужный провод достать трудно, то вторичную обмотку можно изготовить из тонких, наиболее распространенных проводов ПЭВ, ПЭЛ D0,5-0,8 мм, хотя для этого и придется потратить час-другой. Для начала нужно выбрать ровную поверхность, где жестко установить два колышка или крючка с расстоянием между ними, равным длине провода вторичной обмотки 2030 м. Потом между ними протянуть без прогиба несколько десятков жил тонкого провода, получится один вытянутый пучок. Далее один из концов пучка отсоединить от опоры и зажать в патрон электро- или ручной дрели. На небольших оборотах весь пучок в слегка натянутом состоянии, закручивается в единый провод. После скручивания длина провода немного уменьшится. На концах получившегося многожильного провода нужно аккуратно обжечь лак и зачистить кончики каждого проводка отдельно, а потом надежно спаять все вместе. После всего провод желательно изолировать, обмотав его по всей длине слоем, например, скотча.
Для укладки обмоток, крепления провода, межрядовой изоляции, изоляции и крепления магнитопровода понадобится тонкий, крепкий и теплостойкий изоляционный материал. В дальнейшем будет видно, что во многих конструкциях СТ объем окон магнитопровода, в которые необходимо укладывать несколько обмоток толстыми проводами, сильно ограничен. Поэтому в этом "жизненно важном" пространстве магнитопровода дорог каждый миллиметр. При малых размерах сердечников изоляционные материалы должны занимать как можно меньший объем, т.е. быть как можно тоньше и эластичнее. Распространенную ПХВ изо1,6-2,4 мм в простой лаковой изоляленту можно исключить сразу из применения на греющихся участках СТ. Даже при незначительном перегреве она становится мягкой и постепенно расползается или продавливается проводами, а при значительном перегреве плавится и пенится. Для изоляции и бандажа можно использовать фторопластовые, стекло... и лакотканевые киперные ленты, а меж рядами - обычный скотч.
Скотч можно отнести к наиболее удобным изоляционным материалам. Ведь обладая клейкой поверхностью, малой толщиной, эластичностью, он достаточно теплоустойчивый и крепкий. Тем более что сейчас скотч продается почти везде на катушках различной ширины и диаметров. Катушки малых диаметров как нельзя лучше подходят для протяжки через узкие окна компактных магнитопрводов. Два-три слоя скотча между рядами провода практически не увеличивают объем катушек.
И наконец, самый важный элемент любого СТ - магнитопровод. Как правило, для самоделок используются магнитопроводы старых электроприборов, которые до того ничего общего с СТ не имели, например, крупные трансформаторы, автотрансформаторы (ЛАТРы), электродвигатели. Наиболее важным параметром магнитопровода является его площадь поперечного сечения (S), по которому циркулирует поток магнитного поля.
Для изготовления СТ подходят магнитопроводы с площадью сечения 25-60 см2 (чаще 30-50 см2). Чем больше сечение, тем больший поток сможет передавать магнитопровод, тем большим запасом мощности обладает трансформатор и тем меньшее количество витков содержат его обмотки. Хотя оптимальная площадь сечения магнитопровода, когда СТ средней мощности обладает лучшими характеристиками, 30 см2.
Существуют стандартные методики расчета параметров магнитопровода и обмоток для схем СТ промышленного изготовления. Однако для самоделок эти методики практически не пригодны. Дело в том, что расчет согласно стандартной методике ведется для заданной мощности СТ, причем только в единственном варианте. Для нее отдельно рассчитывают оптимальное значение сечения магнитопровода и количество витков. На самом деле, площадь сечения магнитопровода для той же мощности может находиться в весьма широких пределах.
Связи между произвольным сечением и витками в стандартных формулах нет. Для самодельных СТ обычно используют любые магнитопроводы, и понятно, что найти сердечник с "идеальными" параметрами стандартных методик практически невозможно. На практике приходится подбирать витки обмоток под существующий магнитопровод, выставляя тем самым требуемую мощность.
Мощность СТ зависит от ряда параметров, учесть которые в полной мере в обычных условиях невозможно. Однако важнейшими среди них являются количество витков первичной обмотки и площадь сечения магнитопровода. Соотношение между площадью и количеством витков и будет определять рабочую мощность СТ. Для расчета СТ, предназначенных для D3-4 мм электродов и работающих от однофазной сети с напряжением 220-230 В, предлагаю использовать следующую приближенную формулу, полученную мной на основе практических данных. Количество витков N=9500/S (см2). При этом для СТ с большой площадью магнитопровода (более 50 см2) и относительно высоким КПД можно рекомендовать увеличить количество рассчитанных по формуле витков на 10-20%.
Для СТ, изготавливаемых на сердечниках с небольшой площадью (меньше 30 см), возможно придется, наоборот, уменьшить на 1020% количество расчетных витков. Кроме того, полезная мощность СТ будет определяться еще рядом факторов: КПД, напряжением вторичной обмотки, напряжением питания в сети... (Практика показывает, что сетевое напряжение в зависимости от местности и времени может колебаться в пределах 190-250 В).
Немаловажное значение имеет и сопротивление линии электропередачи. Составляя всего единицы ома, оно практически не влияет на показания вольтметра, обладающего большим сопротивлением, но может сильно гасить мощность СТ. Особенно может сказывается влияние сопротивления линии в отдаленных от трансформаторных подстанций местах (например, дачи, гаражные кооперативы, в сельской местности, где линии проложены тонкими проводами с большим количеством соединений). Поэтому изначально точно рассчитать выходной ток СТ для разных условий, вряд ли возможно - это можно сделать только приблизительно. Наматывая первичную обмотку, ее последнюю часть лучше выполнить с 2-3 отводами через 20-40 витков. Таким образом, можно подрегулировать мощность, выбрав оптимальный для себя вариант, или подстроиться под сетевое напряжение. Для получения от СТ более высоких мощностей, например для работы D4 мм электродом на токах, больших 150 А, необходимо еще уменьшить количество витков первичной обмотки на 20-30%.
Но следует помнить, что с увеличением мощности возрастает и плотность тока в проводе, а значит, и интенсивность разогрева обмоток. Выходной ток СТ можно также несколько повысить увеличением количества витков вторичной обмотки, чтобы выходное напряжение х.х. повысилось с предполагаемых 50 В до более высоких значений (70-80 В).
Включив первичную обмотку в сеть, надо измерить ток х.х., он не должен иметь большое знание (0,1-2 А). (При включении СТ в сеть происходит кратковременный, но мощный скачок тока). В общем по току х.х. нельзя судить о выходной мощности СТ: он может быть разным даже для одинаковых типов трансформаторов. Однако, исследовав кривую зависимости тока х.х. от питающего СТ напряжения, можно более уверенно судить о свойствах трансформатора.
Рис.1
Для этого первичную обмотку СТ необходимо подключить через ЛАТР, что позволит плавно менять напряжение на ней от 0 до 250 В. Вольт-амперные характеристики СТ в режиме холостого хода при различных количествах витков первичной обмотки показаны на рис.1, где 1 - обмотка содержит мало витков; 2 - СТ работает при максимальной своей мощности; 3, 4 - умеренная мощность СТ. Сначала кривая тока полого, почти линейно возрастает до небольшого значения, потом скорость возрастания увеличивается - кривая плавно загибается вверх, после чего следует стремительное увеличение тока. Когда стремление тока к бесконечности происходит до точки рабочего напряжения 240 В (кривая 1), то это значит, что первичная обмотка содержит мало витков, и ее необходимо домотать (надо учитывать, что СТ, включенный на тоже напряжение без ЛАТРа, будет потреблять ток примерно на 30% больше). Если точка рабочего напряжения лежит на изгибе кривой, то СТ будет выдавать свою максимальную мощность (кривая 2, ток сварки порядка 200 А). Кривые 3 и 4 соответствуют случаю, когда трансформатор имеет ресурс мощности и незначительный ток х.х.: большинство самоделок ориентированы на этот случай. Реально токи х.х. различны для разных типов СТ: большинство лежит в интервале 100-500 мА. Я не рекомендую устанавливать ток х.х. более 2 А.
После знакомства с общими вопросами изготовления самодельных сварочных трансформаторов мы можем перейти к подробному рассмотрению реально существующих конструкций СТ, особенностей их изготовления и материалов для них. Практически все из них я собирал своими руками или же брал непосредственное участие при их изготовлении.
Сварочный трансформатор на магнитопроводе от ЛАТРов
Распространенным материалом для изготовления самодельных сварочных трансформаторов (СТ) издавна являются сгоревшие ЛАТРы (лабораторный автотрансформатор). Те, кто имел с ними дело, хорошо знают, что это такое. Как правило, все ЛАТРы имеют примерно одинаковый внешний вид: хорошо вентилируемый жестяной корпус круглой формы с жестяной или эбонитовой лицевой крышкой со шкалой от 0 до 250 В и вращающейся рукояткой. Внутри корпуса находится тороидальный автотрансформатор, выполненный на магнитопроводе значительного сечения. Именно этот сердечник-магнитопровод понадобится от ЛАТРа для изготовления нового СТ. Обычно требуется два одинаковых кольца-магнитопровода от крупных ЛАТРов.
ЛАТРы выпускались разных типов с максимальным током от 2 до 10 А. Для изготовления годятся только те СТ, размеры магнитопроводов которых позволяют уложить необходимое количество витков. Наиболее распространенным среди них, наверное, является автотрансформатор типа ЛАТР 1М, который в зависимости от провода обмотки рассчитан на ток 6,7-9 А, хотя размеры самого автотрансформатора от этого не меняются. Магнитопровод ЛАТР 1М имеет следующие размеры: внешний диаметр D=127 мм; внутренний диаметр d=70 мм; высота кольца h=95 мм; сечение S=27 см2 и массу около 6 кг. Из двух колец от ЛАТР 1М можно изготовить хороший СТ, правда, из-за малого внутреннего объема окна нельзя использовать слишком толстые провода и придется экономить каждый миллиметр пространства окна.
Существуют ЛАТРы и с более объемными кольцами-магнитопрводами, например РНО-250-2 и другие. Они лучше подходят для изготовления СТ, но менее распространены. У других автотрансформаторов, аналогичных по параметрам ЛАТР 1М, например АОСН-8-220, магнитопровод имеет внешний диаметр кольца больше, но зато меньшие высоту и диаметр окна d=65 мм. В этом случае диаметр окна необходимо расширить до 70 мм. Кольцо магнитопровода состоит из намотанных друг на друга отрезков железной ленты, скрепленной по краям точечной сваркой.
Для того чтобы увеличить внутренний диаметр окна, следует изнутри отсоединить конец ленты и отмотать необходимое количество. Но не пытайтесь отмотать за один раз. Лучше отматывать по одному витку, каждый раз отрезая лишнее. Иногда таким образом расширяют и окна более крупных ЛАТРов, хотя при этом неизбежно уменьшается площадь магнитопровода.
В начале изготовления СТ необходимо изолировать оба кольца. Особое внимание при этом обратите на углы краев колец - они острые, могут запросто разрезать наложенную изоляцию, а потом замкнуть собой провод обмотки. На углы лучше вдоль наложить какую-нибудь крепкую и эластичную ленту, например, плотную киперную или разрезанную вдоль трубку кембрик. Сверху кольца (каждое отдельно) обматывают нетолстым слоем тканевой изоляции.
Далее изолированные кольца соединяют вместе (рис.2). Кольца плотно стягивают крепкой лентой, а по бокам фиксируют деревянными колышками, также потом стянутыми изолентой сердечник магнитопровод для СТ готов.
Следующий шаг самый ответственный - укладка первичной обмотки. Обмотки данного СТ наматывают по схеме (рис.3) - первичная посредине, две секции вторичной - на боковых плечах. "Спецы", знающие этот тип трансформатора, часто называют его на своеобразном жаргоне "ушастиком" из-за круглых "чебурашкиных ушей", выступающих в разные стороны секций вторичной обмотки.
На первичную уходит около 70-80 м провода, который придется каждым витком протягивать через оба окна магнитопровода. При этом никак не обойтись без нехитрого приспособления (рис.4). Сначала провод наматывают на деревянное мотовильце и в таком виде без проблем протягивают через окна колец. Провод обмотки может состоять из кусков (даже метров по десять) если удалось достать только такой. В этом случае его наматывают частями, а концы соединяют между собой. Для этого пролуженные кончики соединяют (не скручивая) и скрепляют несколькими витками тонкой медной жилы без изоляции, потом окончательно пропаивают и изолируют. Такое соединение не дает трещин в проводе и не занимает большого объема.
Диаметр провода первичной обмотки 1,6-2,2 мм. Для магнитопроводов, составленных из колец с диаметром окна 70 мм, можно применять провод диаметром не более 2 мм, иначе останется мало места для вторичной обмотки. Содержит первичная обмотка, как правило, 180-200 витков при нормальном сетевом напряжении.
Итак, предположим, перед вами собранный магнитопровод, провод подготовлен и намотан на мотовильце. Приступаем к намотке. Как всегда на конец провода надеваем кембрик и притягиваем его изолентой к началу первого слоя. Поверхность магнитопровода имеет закругленную форму, поэтому первые слои будут содержать меньше витков, чем последующие - для выравнивания поверхности (рис.5).
Провод следует укладывать виток к витку, ни в коем случаи не допуская захлестывания провода на провод. Слои провода обязательно изолировать друг от друга. (При работе СТ сильно вибрирует. Если провода в лаковой изоляции лежат друг на друге без промежуточной изоляции, то в результате вибрации и трения друг о друга слой лака может разрушиться, и произойдет замыкание). Для экономии пространства обмотку следует укладывать как можно компактнее. На магнитопроводе из некрупных колец межслоевую изоляцию следует использовать потоньше.
Для этих целей хорошо подходят небольшие катушки скотча, которые без труда проходят в заполненные окна, а сам скотч не занимает лишнего объема. Не следует стремиться намотать первичную обмотку быстро и за один раз. Процесс этот медленный, а после укладки жестких проводов начинают болеть пальцы. Лучше сделать это за 2-3 подхода - ведь качество важнее скорости.
Когда первичная обмотка изготовлена, большая часть работы выполнена. Займемся вторичной обмоткой. Определим количество витков вторичной обмотки на заданное напряжение. Для начала включим уже готовую первичную обмотку в сеть. Ток х.х. этого варианта СТ небольшой - всего 70-150 мА, гул трансформатора должен быть еле слышен. Намотайте на одно из боковых плеч 10 витков любого провода и измерьте выходное напряжение на нем.
На каждое из боковых плеч приходится по половине магнитного потока, создаваемого на центральном плече, поэтому здесь на каждый виток вторичной обмотки приходится 0,6-0,7 В. Исходя из полученного результата, рассчитайте количество витков вторичной обмотки, ориентируясь на напряжение 50 В (около 75 витков).
Выбор материала вторичной обмотки ограничен оставшимся пространством окон магнитопровода. Тем более что каждый виток толстого провода придется протягивать по всей длине в узкое окно, и никакая "автоматизация" тут, увы, не поможет. Мне доводилось видеть трансформаторы, сделанные на кольцах ЛАТР 1М, в которые народные умельцы с помощью молотка и собственного терпения впихивали толстенный монолитный медный провод сечением "квадратов" двадцать.
Другое дело, если вы новичок в этом деле, то испытывать судьбу не стоит разматывать обратно твердую медь также трудно, как и наматывать. Легче намотать алюминиевым проводом сечением 16-20 мм2. Проще всего намотать обычным многожильным проводом 10 мм2 в синтетической изоляции - он мягкий, гибкий, хорошо изолирован, но при работе будет греться. Можно изготовить вторичную обмотку и из нескольких жил медного провода, как это было описано выше. Половину витков намотать на одно плечо, половину на другое (рис.3). Если не окажется проводов достаточной длины, можно соединить из кусков - ничего страшного. Намотав обмотки на оба плеча, нужно измерить напряжение на каждом из них, оно может отличаться на 2-3 В - сказываются несколько отличные свойства магнитопроводов разных ЛАТРов, что особо не влияет на свойства СТ. Потом обмотки на плечах последовательно соединить, но надо следить, чтобы они не оказались в противофазе, иначе на выходе получится напряжение, близкое к 0. При напряжении сети 220-230 В СТ данной конструкции должен развивать ток в дуговом режиме 100-130 А, при коротком замыкании ток вторичной цепи до 180 А.
Может оказаться, что в окна не удалось вместить все рассчитанные витки вторичной обмотки, и выходное напряжение оказалось ниже требуемого. Рабочий ток уменьшится несильно. В большей степени понижение напряжения х.х. влияет на процесс зажигания дуги. Дуга зажигается легко при напряжении х.х., близкого 50 В и выше, хотя дугу можно без особых проблем зажигать и при более низких напряжениях. Мне доводилось работать с СТ с выходом х.х. 37 В на переменном токе, и при этом качество вполне устраивало. Так что если изготовленный СТ имеет напряжение на выходе 40 В, то его вполне можно применять для работы. Другое дело, если попадутся электроды, рассчитанные на высокие напряжения, - некоторые марки электродов работают от 70-80 В.
На кольцах от ЛАТРов можно также изготовить СТ по тороидальной схеме (рис.6). Для этого необходимы также два кольца, лучше от крупных ЛАТРов. Кольца соединяют и изолируют: получается одно кольцо-магнитопровод со значительной площадью. Первичная обмотка содержит столько же витков, но ее наматывают по длине всего кольца и, как правило, в два слоя. Проблема дефицита внутреннего пространства окна магнитопровода такой схемы СТ стоит еще более остро, чем для предыдущей конструкции. Поэтому изолировать нужно как можно более тонкими слоями и материалами. Нельзя применять и толстые обмоточные провода (рекомендуемый для первичной обмотки D1,8 мм). В некоторых установках применяют ЛАТРы особенно больших размеров, только на одном кольце такого можно изготовить тороидальный СТ.
Выгодное отличие тороидальной схемы СТ - достаточно высокий КПД. На каждый виток вторичной обмотки приходится более 1 В напряжения, следовательно, "вторичка" будет иметь меньше витков, а выходная мощность выше, чем в предыдущей схеме. Однако длина витка на тороидальном магнитопроводе больше, и сэкономить на проводе здесь вряд ли удастся. К недостаткам данной схемы следует отнести сложность намотки, ограниченный объем окна, невозможность использования провода большого сечения, а также большую интенсивность нагрева. Если в предыдущем варианте все обмотки находились раздельно и хоть частично имели контакт с воздухом, то теперь первичная обмотка находится полностью под вторичной, и их нагрев взаимоусиливается.
Применить для вторичной обмотки жесткие провода сложно. Ее легче намотать мягким многожильным или изготовленным из нескольких жил проводом. Если правильно подобрать все провода и аккуратно их уложить, то в пространство окна магнитопровода вместится необходимое количество витков вторичной обмотки, и на выходе СТ получится нужное напряжение. Характеристику горения дуги у тороидального СТ можно считать лучшей, чем у предыдущего трансформатора.
Иногда из нескольких колец ЛАТРов делают тороидальный СТ, но ставят их не друг на друга торцами, а перематывают железные полосы ленты из одного на другой. Для этого сначала из одного кольца выбирают внутренние витки полос - чтобы расширить окно. Кольца других ЛАТРов распускают полностью на полосы ленты, которые потом как можно плотнее наматывают на наружный диаметр первого кольца. После этого собранный единый магнитопровод очень плотно наматывают изолирующей лентой. Таким образом, получается кольцо-магнитопровод с более объемным внутренним пространством, чем у всех предыдущих. В такой можно вместить провод значительного сечения, и сделать это гораздо проще. Необходимое количество витков рассчитывают по площади сечения собранного кольца. К недостаткам этой конструкции следует отнести трудоемкость изготовления магнитопровода. Тем более что как не старайся, а вручную намотать железные полосы друг на друга также плотно, как раньше, все равно не удастся. В результате магнитопровод получается хлипким. При работе СТ железо в нем сильно вибрирует, издавая мощный гул.
Иногда "родные" обмотки ЛАТРов подгорают только с одного края на токоотводной дорожке или вообще остаются невредимыми. Тогда возникает соблазн избавить себя от лишних усилий и использовать уже готовую, прекрасно уложенную первичную обмотку одного кольца. Практика показывает, что в принципе реализовать эту идею можно, правда, польза из такой затеи будет минимальна. Обмотка ЛАТР 1М имеет 265 витков провода диаметром 1 мм. Если намотать вторичную прямо на нее, то трансформатор станет развивать непомерную для себя мощность, быстро нагреется и выйдет из строя. Ведь реально "родная" обмотка ЛАТРа может работать на небольшой мощности - только для D2 мм электродов, которым необходим ток 50-60 А. Тогда по первичной обмотке трансформатора должен протекать ток около 15 А.
Для такой мощности первичная обмотка СТ из одного ЛАТРа должна содержать около 400 витков. Их можно домотать, предварительно покрыв лаком токоотводящую дорожку и изолировав родную обмотку ЛАТРа. Можно поступить и по-другому: не доматывать витки, а погасить мощность балластным резистором, включенным в цепь первичной или вторичной обмотки. В качестве активного сопротивления можно использовать батарею параллельно соединенных мощных проволочных резисторов, например ПЭВ50...100, суммарным сопротивлением 10-12 Ом, включенных в цепь первичной обмотки. Во время работы резисторы сильно нагреваются, чтобы избежать этого, их можно заменить дросселем (реактивным сопротивлением). Дроссель намотать на каркасе 100-200-ватного трансформатора с количеством витков 200-100. Хотя СТ будет обладать значительно лучшей характеристикой, если балластный резистор (сотые доли ома) включен на выходе вторичной обмотки. Для этого используйте отрезок толстого высокоомногого провода, навитого в спираль, длину которого подберите экспериментально.
В некоторых приборах использовали ЛАТРы особенно крупных размеров, только на одном кольце от такого можно намотать полноценный СТ. В вышеописанных конструкциях приходилось использовать по два кольца: это делалось не столько из-за необходимости увеличения площади магнитопровода, сколько для уменьшения количества витков, иначе они просто не вместились бы в узких окнах. В принципе для СТ достаточно площади сечения и одного кольца: он имел бы даже лучшие характеристики, так как плотность магнитного потока была бы более близка к оптимальной. Но проблема заключается в том, что магнитопроводы меньшей площади неизбежно требуют большего количества витков, что увеличивает объем катушек и требует большего пространства окон.
Сварочный трансформатор на магнитопроводе из статора электродвигателя
От ЛАТРов перейдем к следующему распространенному источнику получения хороших магнитопроводов для СТ. Часто тороидальные СТ наматывают на материале магниторовода, взятого от вышедшего из строя крупного асинхронного трехфазного электродвигателя, которые наиболее распространены в промышленности. Для изготовления СТ подходят двигатели мощностью близкой 4кВ А и более.
Электродвигатель состоит из вращающегося на валу ротора и неподвижного статора, впрессованного в металлический корпус мотора, которые соединены двумя боковыми крышками, стянутыми между собой шпильками. Интерес представляет только статор. Статор состоит из набора пластин железа - магнитопровода круглой формы с установленными на нем обмотками. Форма магнитопровода статора не совсем кольцевая, с внутренней стороны у него есть продольные пазы, в которые и уложены обмотки двигателя.
У различных марок двигателей даже одинаковой мощности могут быть статоры с различными геометрическими размерами. Для изготовления СТ лучше подходят те, у которых диаметр корпуса побольше, а длина соответственно меньше.
Самая важная часть в статоре кольцо магнитопровода. Магнитопровод запрессован в чугунный или алюминиевый корпус двигателя. В пазы магнитопровода плотно уложены провода, которые необходимо удалить.
Сделать это лучше, когда статор еще запрессован в корпусе. Для этого с одной стороны статора все выходы обмоток обрубают под торец острым зубилом. С противоположной стороны провод обрезать не следует - там обмотки образуют что-то вроде петель, за которые можно вытянуть оставшиеся провода. С помощью монтировки или мощной отвертки изгибы петель провода поддевают и вытаскивают по несколько проводков за один раз. Торец корпуса двигателя при этом служит упором, создавая рычаг. Провода выходят легче, если их сначала обжечь.
Обжигать можно паяльной лампой, направляя струю строго вдоль паза. Надо следить, чтобы не перегреть железо статора, иначе оно потеряет свои электротехнические качества. Металлический корпус потом легко разрушить - несколько ударов хорошего молотка, и он расколется - главное в этом не перестараться.
Если кольцо магнитопровода двигателя скреплено и отделено от обмоток и корпуса, то оно плотно изолируется как обычно. Иногда можно услышать, что оставшиеся пазы обмоток надо набить железом, якобы для увеличения площади магнитопровода. Делать этого ни в коем случае нельзя: иначе свойства трансформатора резко ухудшатся, он начнет потреблять непомерно большой ток, а его магнитопровод будет сильно греться даже в режиме холостого хода.
Кольцо статора имеет внушительные размеры: внутренний диаметр порядка 150 мм, в такой можно уложить провод значительного сечения, не беспокоясь о запасе места.
Площадь поперечного сечения магнитопровода периодически меняется по длине кольца из-за пазов: внутри паза ее значение намного меньше. Именно на это - меньшее значение и следует ориентироваться при расчете количества витков первичной обмотки (рис.7).
Для примера я приведу параметры реально существующего СТ, изготовленного из статора электродвигателя. Для него использовался асинхронный двигатель мощностью 4,18 кВ А с внутренним диаметром кольца магнитопровода 150 мм, внешним - 240 мм и высотой кольца-магнитопровода 122 мм. Эффективная площадь сечения магнитопровода равна 29 см2. Набор пластин магнитопровода изначально был не скреплен, поэтому его пришлось проварить восьмью продольными швами по внешней стороне кольца. Какихлибо явно выраженных отрицательных последствий, связанных с токами Фуко, как мы того опасались, сварные швы не вызвали. Первичная обмотка тороидального СТ имеет 315 витков медного провода диаметром 2,2 мм, вторичная рассчитана на напряжение 50 В. Первичная обмотка намотана в два с лишним слоя, вторичная уложена на 3/4 длины кольца. СТ в дуговом режиме развивает ток прядка 180-200 А при напряжении питания 230 В.
При намотке вторичной обмотки тороидального СТ ее желательно укладывать так, чтобы она не перекрывала последнюю часть первичной, тогда первичную обмотку всегда можно домотать или отмотать при окончательной настройке СТ.
Такой трансформатор можно намотать и с разнесенными на разные плечи обмотками (рис.8). В этом случае всегда имеется доступ к каждой из них.
Сварочный трансформатор из телевизионных трансформаторов
У всех описанных выше конструкций сварочных трансформаторов есть общие недостатки: необходимость наматывать провод, каждый раз протягивая витки через окно, а также дефицит материала магнитопровода, - ведь далеко не каждый может достать кольца от ЛАТРа или подходящий статор от электродвигателя. Поэтому я разработал и изготовил СТ собственной конструкции, не требующий дефицитных материалов. Он не имеет указанных недостатков, и его легко реализовать в домашних условиях. В качестве исходного материала для данной конструкции используется очень распространенный материал - части от телевизионных трансформаторов.
В старых отечественных цветных телевизорах использовались крупные, увесистые сетевые трансформаторы, например, ТС-270, ТС-310, СТ270. Эти трансформаторы имеют U-образные магнитопроводы, их легко разобрать, отвинтив всего-то две гайки на стягивающих шпильках, и магнитопровод распадается на две половинки. У более старых трансформаторов ТС-270, ТС- 310 сечение магнитопровода имеет размеры 2х5 см, S=10 см2, а у более новых ТС-270, сечение магнитопропода S=11,25 см2 при размерах 2,5х4,5 см. При этом ширина окна у старых трансформаторов на несколько миллиметров больше.
Более старые трансформаторы намотаны медным проводом, из их первичных обмоток может пригодиться провод диаметром 0,8 мм.
Новые трансформаторы намотаны алюминиевым проводом. Сегодня это добро в массовом порядке перекочевывает на свалки, поэтому проблемы с их приобретением вряд ли возникнут. Несколько старых или сгоревших трансформаторов можно недорого купить в любой телеремонтной мастерской. Вот их-то магнитопроводы (вместе с их же каркасами) при незначительных переделках можно использовать для изготовления СТ. Для СТ понадобиться три одинаковых трансформатора от телевизоров, при этом суммарная площадь их объединенного магнитопровода будет 30-34 см2. Как их соединить между собой показано на рис.9, где 1,2,3 - магнитопроводы м каркасами от телевизионных трансформаторов. Три отдельных U-образных сердечника соединяют торцами друг к другу и стягивают теми же хомутами-каркасами. При этом выступающие за торец части металлических каркасов необходимо подрезать: на центральном магнитопроводе с обеих сторон, у боковых - лишь с одной внутренней стороны.
В результате получается единый магнитопровод большого сечения, который легко собрать и разобрать. При разборке телевизионных трансформаторов необходимо сразу же обозначить смежные стороны магнитопроводов для того, чтобы при сборке не перепутать половинки разных сердечников. Они должны состыковаться точно в том же положении, как и были собраны на заводе.
Объем окна получившегося магнитопровода позволяет использовать для первичной обмотки провод до 1,5 мм диаметром, а для вторичной шину - прямоугольного сечения 10 мм2 или многожильный провод, изготовленный из пучка тонких проводов диаметром 0,6-0,8 мм того же сечения. Это, конечно, маловато для полноценного СТ однако оправдывает себя в случаи непродолжительных работ, учитывая невысокие затраты на изготовление данной конструкции.
Обмотки наматывают на картонные каркасы отдельно от магнитопровода. Картонный каркас можно изготовить из пары "родных" каркасов трансформатора, выкинув из них с одной узкой стороны боковые щечки, а вместо этого широкие щечки склеить между собой с помощью дополнительных полос жесткого картона. При намотке внутрь картонных каркасов обязательно надо плотно вложить несколько обрезков деревянных дощечек, но только не одну, иначе ее ужмет обмотка, и она не выйдет обратно. Обмотки необходимо укладывать виток к витку, как можно плотнее. С внешней стороны, после первого слоя провода и далее через каждые два, необходимо вставлять деревянные вставки (рис.10), чтобы обеспечить зазоры и вентиляцию обмоток.
Вторичную обмотку лучше всего изготовить из шины прямоугольного сечения 10 мм2, так она займет наименьший объем. Если же шины у вас нет, и вы решили изготовить провод вторичной обмотки из пучка завалявшихся тонких проводов, как это было описано выше, то будьте готовы к возможным затруднениям с ее укладкой. В случае многожильного провода вторичной обмотки может оказаться, что она не "влезает" в положенный объем каркаса: в основном из-за коробления пружинящих витков, а лучше стянуть их не получается, так как разрушится каркас. В этом случае придется вообще отказаться от картонного каркаса.
Вторичную обмотку надо мотать на уже собранный, с установленной катушкой первичной обмотки магнитопровод, протягивая каждый ее виток через окно. На жестком магнитопроводе гибкий провод удастся стянуть значительно плотнее, чем на картонном каркасе, и в окно войдет большее количество витков.
При сборке магнитопровода особое внимание следует уделить надежности крепления и плотности прилегания отдельных половинок ПU- образного сердечника. Как уже говорилось, сопрягаемые половинки магнитопровода должны быть от одних и тех же трансформаторов и установлены теми же сторонами, что и на заводе. Под гайки стягивающих шпилек обязательно нужно подложить шайбы большого диаметра и гровера. На моем СТ первичная обмотка содержит 250 витков лакированного провода диаметром 1,5 мм, вторичная - 65 витков многожильного провода сечением 10 мм2, что обеспечивает выход 55 В при сетевом напряжении 230 В. При таких данных ток холостого хода 450 мА; ток в дуговом режиме во вторичной цепи 60-70 А; характеристика горения дуги хорошая. Собран он на основе деталей СТ-270. Сварочный трансформатор используется для работы электродом с диаметром 2 мм, устойчиво, но слабо горит на нем и "тройка".
Достоинства СТ данного типа простота в изготовлении и распространенность материала для него. Основным же недостатком является несовершенство магнитопровода, имеющего сжатый зазор между двумя половинками. При заводском изготовлении у трансформаторов такого типа зазоры магнитопровода заполняются специальным наполнителем. В домашних условиях их приходится стягивать "в сухую", что, конечно же, ухудшает характеристику и КПД трансформатора. В окно небольшого объема не удается уложить толстые провода, что сильно снижает коэффициент продолжительности работы СТ. Надо отметить, что греется первичная обмотка у этого СТ сильнее, чем, например, обмотка с таким же проводом у СТ на ЛАТРах - "ушастике". Здесь сказывается, во-первых, большое количество витков обмоток и, вероятно, несовершенство магнитной системы трансформатора. Тем не менее СТ можно с успехом использовать в подсобных целях, особенно для сваривания тонкого автомобильного металла. Он отличается особенно компактными размерами и небольшой массой - 14,5 кг.
Другие типы сварочных трансформаторов
СТ кроме специального изготовления можно получить, переоборудовав готовые трансформаторы различного назначения. Мощные трансформаторы подходящего типа применяют для создания сетей с напряжением 36, 40 В, обычно в местах с повышенной пожароопасностью, влажностью и для других нужд. Для этих целей используют разные типы трансформаторов: разных мощностей, включаемых в 220, 380 В по одно- или трехфазной схеме. Наиболее мощные из переносных типов имеют, как правило, мощность до 2,5 кВ.А. Провод и железо таких трансформаторов подбирают по мощности, из расчета работы в длительном режиме (плотность тока 2-4 А/мм2), поэтому они имеют значительные сечения. В режиме дуговой сварки трансформатор способен развивать мощность в несколько раз выше номинальной, а его провод безбоязненно переносит кратковременные перегрузки тока.
Если вы имеете мощный однофазный трансформатор с клеммами для включения на 220/380 В и выход 36 В (возможно 12 В), то проблем с его подключением нет. Возможно придется домотать несколько витков вторичной обмотки для повышения выходного напряжения. Подходят трансформаторы с диаметром провода первичной обмотки около 2 мм, имеющие площадь магнитопровода до 60 см2.
Существуют трансформаторы на напряжение 36 В, предназначенные для включения в трехфазную сеть 380 В. Для переоборудования хорошо подходят трансформаторы мощностью 2,5 кВ.А, а мощностью 1,25 и 1,5 кВ.А можно использовать только в кратковременном режиме, так как их обмотки при значительных перегрузках быстро перегреваются.
Для использования трехфазных трансформаторов от однофазной сети 220 В, их обмотки необходимо соединить между собой по-другому. Тогда при хорошем напряжении в сети мощности полученного СТ будет достаточно для работы электродом D4 мм.
Изготовлены трехфазные трансформаторы на Ш-образном магнитопроводе с сечением одного плеча не менее 25 см2 (рис.11).
На каждом плече намотано по две обмотки - внутри первичная и вторичная поверх нее. Таким образом, трансформатор имеет шесть обмоток. Для начала необходимо отключить обмотки от предыдущей схемы и найти начало и конец каждой. Катушки среднего плеча в данном случае не понадобятся вообще работать будут только обмотки на крайних плечах. Две первичные обмотки с крайних плеч нужно соединить между собой параллельно. Ввиду того что магнитный поток должен циркулировать в магнитопроводе в одном направлении, то катушки на противоположных плечах должны создавать потоки в противоположные стороны относительно, например, оси центрального плеча: одна вверх, другая вниз. Так как катушки намотаны одинаково, то токи в них должны течь в противоположных направлениях. Значит, параллельно соединять их нужно разными концами: начало 1-й соединить с концом 2-й, конец 1-й с началом 2-й (рис.12).
Вторичные обмотки соединяют последовательно между собой концами либо началами (рис.12). Если обмотки подключены правильно, то выходное напряжение х.х. должно не намного превышать 50 В.
Трансформаторы данного типа часто встроены в удобный металлический корпус с ручками и откидной крышкой. Переоборудование их в сварочные аппараты весьма распространено.
Большинство промышленных однофазных СТ изготовлены по П-образной схеме, магнитопровод которых собран из набора прямоугольных пластинок соответствующей длины и ширины. Обмотки на П-образном магнитопроводе можно располагать по двум вариантам: в первом (рис.13,а) трансформатор обладает большим КПД, во втором (рис.13,б) СТ легче изготовить, а потом в случае необходимости добавить или убрать какое-то количество витков в уже собранном трансформаторе. В этом случае трансформатор легче ремонтировать, так как сгорает только одна обмотка, а вторая обычно остается целой. При использовании схемы (рис.13,а), при возгорании одной обмотки, всегда обугливается и вторая.
Если есть подходящие пластинки из трансформаторного железа, то СТ на П-образном магнитопроводе легко изготовить самостоятельно. Обмотки наматывают отдельно на каркас, а потом устанавливают на собираемый магнитопровод. Как собран П-образный магнитопровод, проще всего увидеть, разобрав любой небольшой трансформатор аналогичной конструкции. В больших трансформаторах пластины устанавливают не через одну, а пакетами по 3-4 штуки, так быстрее.
Магнитопровод для СТ можно использовать, например, от П-образных трансформаторов, снятых со старого оборудования, если у них достаточны объем ока б на и сечение магнитопровода. Но, как правило, большинство приборных трансформаторов обладают ограниченными размерами. Имеет смысл собрать из двух одинаковых трансформаторов один магнитопровод, увеличив, таким образом, площадь сечения. Увеличение сечения магнитопровода дает выигрыш в витках: их теперь придется наматывать значительно меньше. А чем меньше витков, тем в меньшее по объему окно можно установить обмотки. Разумный предел 5060 см2.
СТ можно изготовить на Ш-образном магнитопроводе при условии, что в его окна поместится нужное количество витков толстых обмоточных проводов. Автор изготовил СТ из магнитопроводов двух одинаковых Ш-образных трансформаторов с внешними размерами Ш-образной пластинки 122х182 мм и размерами окна 31х90 мм. Площадь сечения сложенного из набора пластин от двух трансформаторов магнитопровода превысила 60 см2, что дало возможность до минимума снизить число витков его обмоток. Впритык вошла первичная обмотка из 176 витков провода D1,68 мм и вторичная в два провода D2,5 мм с выходным напряжением 46 В. При сетевом напряжении 235 В СТ развил ток дуги 160 А, хотя грелся при этом больше, чем хотелось бы...
Как правило, сложенные из пластин сердечники промышленных трансформаторов можно легко разобрать: снять старые провода и намотать новые обмотки несложно. Иногда имеет смысл сначала установить на Ш-образный магнитопровод вторичную обмотку (низкого напряжения), а поверх нее - первичную (высокого напряжения). Характеристики СТ от этого не ухудшаются, но зато удается избежать многих проблем. Количество витков вторичной обмотки может быть весьма приблизительным, ориентированным на 40-60 В. Подбирать же, подстраивая СТ под нужную мощность, придется витки первичной обмотки. Так, рассчитав и уложив сначала обмотку низкого напряжения, ориентируясь примерно на 50 В, потом можно всегда снять или добавить определенное количество витков с верхней первичной обмотки уже готового СТ.
В отслуживших "свой век" агрегатах и оборудовании можно встретить довольно мощные и крупные трансформаторы.
Для стационарных трансформаторов никогда не используются предельные возможности ни железа, ни обмоточных проводов - все делается с запасом. Провода часто имеют значительные сечения, так как рассчитаны на плотность тока в 3-4 раза меньше, чем допустимая для СТ. Очень часто большие трансформаторы имеют много вторичных обмоток, рассчитанных на разные напряжения и мощности. Первичная обмотка в трансформаторе всегда одна, и ее провод рассчитан на полную мощность. В этом случаи можно оставить первичную обмотку полностью или частично отмотать, а все вторичные снять, намотав на их место одну толстым проводом. Если же непригодна и первичная обмотка, но сам магнитопровод подходит для изготовления СТ, то придется намотать все обмотки.
В оборудовании чаще используются невысокие напряжения - 12; 27 В. Поэтому мощные, намотанные толстым проводом, трансформаторы могут иметь выход 2х12 В, 27 В и другие, которые явно недостаточны для применения в качестве СТ. Если имеется два таких трансформатора, то их можно объединить, не переделывая, в один сварочный. Для этого первичные обмотки включают параллельно, а вторичные соединяют последовательно, и их напряжения суммируют.
Может оказаться, что такой объединенный СТ будет обладать плохой, близкой к жесткой, характеристикой. Для исправления характеристики необходимо включить в цепь вторичной обмотки, последовательно с дугой, балластное сопротивление - отрезок нихромовой или другой высокоомной проволоки. Обладая сопротивлением порядка сотых долей ома, она несколько уменьшит мощность СТ, зато позволит работать в ручном режиме.
Регулировка тока сварочного трансформатора
Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока.
Существуют различные способы регулировки тока СТ. Легче всего еще при намотке обмоток сделать их с отводами и, переключая количество витков, изменять ток. Однако использовать такой способ можно разве что для подстройки тока, нежели его регулировки в широких пределах. Ведь, чтобы уменьшить ток в 2-3 раза, придется слишком увеличивать количество витков первичной обмотки, что неизбежно приведет к падению напряжения во вторичной цепи.
В промышленных аппаратах используют разные способы регулировки тока: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов; изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования и др.; применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов; использование тиристорных, симисторных и других электронных схем регулирования мощности. Большинство промышленных схем регулирования мощности слишком сложны для полноценной реализации на самодельных СТ. Рассмотрим упрощенные, реально используемые в самодельном исполнении способы.
В последнее время некоторое распространение получили тиристорные и симисторные схемы регулировки мощности.
Обычно симистор включают в цепь первичной обмотки, тиристор можно использовать только на выходе. Регулирование мощности происходит способом периодического отключения на фиксированный промежуток времени первичной или вторичной обмотки СТ на каждом полупериоде тока; среднее значение тока при этом уменьшается. Естественно, ток и напряжение после этого имеют не синусоидальную форму. Такие схемы позволяют регулировать мощность в широких пределах. Человек, разбирающийся в радиоэлектронике, может изготовить такую схему самостоятельно, хотя это весьма непросто.
В разных журналах можно встретить множество очень простых схем с тем же принципом работы, состоящих всего из нескольких деталей. Предназначены они в основном для регулировки накала лампочек и электронагревательных приборов. В качестве регуляторов мощности для СТ эти схемы малопригодны. Большинство из них работают неустойчиво: их шкалы не линейны, а калибровка меняется с изменением напряжения сети, ток через тиристор постепенно увеличивается во время работы из-за нагрева элементов схемы, кроме того, обычно сильно гасится выходная мощность СТ даже при максимальном положении отпирания регулятора.
Не удивляйтесь, если при подключении симисторной схемы к первичной обмотке СТ начинает "стучать" уже на х.х. Стук этот слышен в прямом смысле слова, причем у СТ, до того работавших на х.х. практически бесшумно. Это и неудивительно, ведь при каждом отпирании симистора происходит мгновенное нарастание напряжения, вызывающего мощные кратковременные импульсы ЭДС самоиндукции и скачки потребляемого тока. Промышленные аппараты, намотанные толстым проводом в надежной изоляции, переносят этот изъян питания без каких-либо последствий. Для "хилых" самодельных конструкций я бы не рекомендовал использовать симистор по первичной обмотке.
Для самодельных конструкций лучше использовать симисторный или тиристорный регулятор в цепи вторичной обмотки. Это избавит СТ от лишних нагрузок. Для этого подойдет почти та же схема, но с более мощным прибором, хотя процесс горения дуги несколько ухудшается при использовании регуляторов данного типа. Ведь теперь при уменьшении мощности дуга начинает гореть отдельными все более кратковременными вспышками. Такой способ регулировки тока из-за сложности изготовления и низкой надежности не получил распространения для самодельных СТ.
Самое широкое распространение получил очень простой и надежный способ регулировки тока с помощью включенного на выходе вторичной обмотки балластного сопротивления. Его сопротивление составляет порядка сотых, десятых долей ома, и его подбирают экспериментально.
Для этих целей издавна применяют мощные проволочные сопротивления, использовавшиеся в подъемных кранах и троллейбусах, или отрезки спиралей ТЭНов (теплоэлектронагреватель), куски толстой высокоомной проволоки. Несколько уменьшить ток можно даже с помощью растянутой дверной пружины из стали. Балластное сопротивление можно включать стационарно (рис.14) или так, чтобы потом можно было относительно легко выбрать нужный ток. Большинство проволочных резисторов большой мощности изготовлены в виде открытой спирали, установленной на керамический каркас длиной до полуметра, как правило, в спираль смотана и проволока от ТЭНов.
Один конец такого сопротивления подключают к выходу СТ, а конец провода "массы" или держателя электродов оборудуют съемным зажимом, который легко перебросить по длине спирали сопротивления, выбирая нужный ток (рис.15). Промышленность выпускает для СТ специальные магазины сопротивлений с переключателями и мощные реостаты. К недостаткам такого способа регулировки надо отнести громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении.
Но зато балластные сопротивления, хоть и обладая часто грубой и примитивной конструкцией, улучшают динамическую характеристику СТ, сдвигая ее в сторону крутопадающей. Попадаются СТ, которые без балластного сопротивления работают крайне неудовлетворительно.
В промышленных аппаратах регулировка тока с помощью включения активного сопротивления из-за их громоздкости и нагрева не нашла распространения. Зато очень широко применяют реактивное шунтирование - включение во вторичную цепь дросселя. Дроссели имеют разнообразные конструкции, часто объединенные с магнитопроводом СТ в одно целое, но сделаны так, что их индуктивность, а значит, реактивное сопротивление регулируется в основном перемещением частей магнитопровода.
Заодно дроссель улучшает процесс горения дуги. Из-за конструктивной сложности дроссели во вторичной цепи самодельных СТ не применяют.
Регулировка тока во вторичной цепи СТ связана с определенными проблемами. Так, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости. Кроме того, для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200 А. Другое дело цепь первичной обмотки, где токи в пять раз меньше, переключатели для которых являются ширпотребом. Последовательно с первичной обмоткой можно включать активные и реактивные сопротивления. Только в этом случае сопротивления резисторов и индуктивности дросселей должны быть значительно большими, чем в цепи вторичной обмотки.
Так, батарея из нескольких параллельно соединенных резисторов ПЭВ-50...100 суммарным сопротивлением 6-8 Ом способна понизить выходной ток 100 А вдвое. Можно собрать несколько батарей и установить переключатель. Если же нет в распоряжении мощного переключателя, то можно обойтись несколькими.
Установив резисторы по схеме (рис.16), можно добиться комбинации 0; 4; 6; 10 Ом. Вместо резисторов, которые при работе будут сильно нагреваться, можно установить реактивное сопротивление дроссель.
Дроссель можно намотать на каркасе от трансформатора 200-300 Вт, например от телевизора, сделав отводы через каждые 40-60 витков, подключенные к переключателю (рис.17). Погасить мощность можно, включив в качестве дросселя вторичную обмотку какого-нибудь трансформатора (200-300 Вт) с вторичной обмоткой, рассчитанной примерно на 40 В. Дроссель можно изготовить и на незамкнутом - прямом сердечнике.
Это удобно, когда уже есть готовая катушка с 200-400 витками подходящего провода. Тогда внутрь нее надо набить пакет прямых пластин из трансформаторного железа. Необходимое реактивное сопротивление подбирается в зависимости от толщины пакета, ориентируясь по сварочному току СТ.
Например: дроссель, изготовленный из катушки, содержащей предположительно около 400 витков провода диаметром 1,4 мм, набит пакетом железа с общим сечением 4,5 см2, длиной, равной длине катушки, 14 см. Это позволило уменьшить ток СТ до 120 А, т.е. примерно в 2 раза. Дроссель такого типа можно сделать и с плавно регулируемым реактивным сопротивлением. Надо изготовить конструкцию для регулировки глубины ввода стержня сердечника в полость катушки (рис.18, где 1 - сердечник; 2 - фиксатор; 3 - катушка). Катушка без сердечника обладает ничтожным сопротивлением, при полностью введенном стержне ее сопротивление максимально. Дроссель, намотанный подходящим проводом, мало греется, но у него сильно вибрирует сердечник. Это надо учитывать при стяжке и фиксации набора пластин железа.
Надо отметить, что для трансформаторов с небольшими токами х.х. (0,1...0,2 А) вышеописанные сопротивления в цепи первичной обмотки практически не влияют на выходное напряжение х.х. СТ, и это не сказывается на процессе зажигания дуги. У СТ с током х.х. 1-2 А при внесении в первичную цепь балластного сопротивления выходное напряжение уменьшается уже ощутимо. По своему опыту могу сказать, что каких-либо выраженных отрицательных явлений на зажигание и горение дуги добавленные последовательно первичной обмотке активные и реактивные сопротивления не оказывают.
Хотя качество дуги все же ухудшается, по сравнению с включением гасящего резистора в цепь вторичной обмотки.
В СТ можно также комбинировать регуляторы или ограничители тока разных типов. Например, можно использовать переключение витков первичной обмотки в комбинации с подключением добавочного резистора или по-другому.
Надежность сварочного трансформатора
Надежность сварочного аппарата зависит как от конструктивных факторов, так и от режима и условий эксплуатации. Надежные, тщательно изготовленные трансформаторы работают многие годы, без проблем выдерживая непродолжительные перегрузки и изъяны в эксплуатации. Легкие переносные конструкции, с проводами в лаке, да еще развивающие непомерную для себя мощность, как правило, долго не живут. Они постепенно изнашиваются так же, как, например, со временем изнашивается одежда или обувь. Хотя, учитывая значительные объемы выполненных работ и невысокие затраты на их изготовление, это вполне оправдывает их существование.
Злейшими врагами СТ являются перегрев и проникновение влаги. Самым действенным средством против перегрева являются надежные обмоточные провода с плотностью тока не более 5-7 А/мм2. Что бы провод быстро охлаждался, он должен иметь хороший контакт с воздухом. Для этого в обмотках делают щели (рис.19).
Сначала наматывают первый слой и с внешних сторон вставляют деревянные или гетинаксовые планки толщиной 5-10 мм, потом планки вставляют через каждые два слоя провода: так каждый слой имеет контакт с воздухом с одной стороны. Если СТ устанавливают без обдува, то щели должны ориентироваться вертикально. Тогда через них постоянно будет циркулировать воздух: теплый поднимается вверх, а снизу засасывается холодный. Еще лучше, если СТ постоянно обдувается вентилятором. Вообще-то принудительный обдув мало влияет на скорость нагрева трансформатора, зато заметно ускоряет его охлаждение.
Быстрее всего нагреваются и хуже всего охлаждаются тороидальные трансформаторы. У сильно греющегося СТ даже мощный обдув не решит этой проблемы, и здесь придется удерживать температуру обмоток умеренным режимом работы. Также на охлаждаемость трансформатора влияет количество витков обмоток: чем меньше витков, тем она выше.
Кроме объективных и вполне понятных причин выхода сварочных трансформаторов из строя, в основном связанных с несовершенством конструкции, я на основании своего опыта хочу отметить еще один, вроде бы неявный, но тем не менее весьма распространенный способ: как угробить СТ.
Причиной в этом случае, как ни странно, является падение напряжения в электросети... СТ перестает нормально сваривать, если сетевое напряжение сильно падает или же линия электропередачи имеет значительное собственное сопротивление порядка нескольких ом. К сожалению, и первое, и второе распространено у нас повсеместно.
Если при упавшем напряжении можно хоть точно выяснить причину, взяв вольтметр и измерив напряжение, то во втором случае дело обстоит сложнее: высокоомный вольтметр не чувствует сопротивления линии в несколько ом и показывает нормальное напряжение, зато эти несколько ом могут запросто наполовину погасить мощность СТ, собственное сопротивление которого в дуговом режиме незначительно. Но при чем же здесь падение мощности к "сгоранию" СТ? А дело вот в чем. Когда владелец "сварки", порядком намучившись с неработающим от сети 220 В аппаратом, понимает, что ничего изменить он не в силах, а работать ой как надо: пропадает заработок или идет строительство, стынет раствор,... то в таких случаях очень часто аппарат включают в сеть на 380 В.
Дело в том, что вся разводка обычно делается от трехфазной линии: "нуль" и три "фазы". Если подключить к "нулю" и одной "фазе" - фазное напряжение, то это и есть привычные 220 В. Если же подключиться к "фазе" и "фазе" - линейное напряжение, то с двух проводов будет сниматься 380 В. А именно так делают нерадивые сварщики с однофазными аппаратами, рассчитанными на 220 В.
При этом СТ начинает отлично работать, правда, очень часто весьма недолго. "Палят" так как слабые самодельные конструкции, так и надежные промышленные аппараты. А все ведь очень просто: если напряжение в общей электросети падает, например, на 50 В, и от 170 В аппарат не хочет работать, то между "фазами" при этом тем не менее остается 330 В, что убийственно для любого СТ...
Часто владельцы сварочных аппаратов просто ленятся лишний раз переносить свои "сварки": ведь масса немалая, и те остаются на улице, мокнут под дождем, их засыпает снегом... После такого отношения межвитковое замыкание дело вполне обычное, обмотки СТ "сгорают", и вся конструкция выходит со строя.
Но все же основным врагом СТ является перегрев. Ну а если предстоит сваривать много и быстро, а СТ намотан не ахти какими проводами и катастрофически быстро греется,... можно предложить одно кардинальное средство борьбы с перегревом.
Перегрева можно не бояться, если весь трансформатор полностью погрузить в трансформаторное масло. Обладая значительной теплопроводностью, масло не только отводит тепло из обмоток, но и является дополнительным изолятором. В простейшем виде это ведро с маслом с утопленным в нем СТ, откуда выходят только четыре провода, такое "чудо" иногда можно увидеть на дворах в сельской местности. Немного трансформаторного масла можно слить, например, из старых холодильных агрегатов. Хотя в народе говорят, что в случае крайней необходимости подойдут и другие типы, вплоть до подсолнечного... Насчет подсолнечного не знаю, сам не проверял.
Другим важным элементом конструкции СТ является внешний корпус. При установке СТ в корпус особое внимание надо уделять его материалу и возможности протока воздуха для охлаждения, при этом верх должен быть закрыт, предохраняя трансформатор от дождя. Корпусы или хотя бы некоторые их части лучше делать из не магнитных материалов (латунь, дюраль, гетинакс, пластмассы). СТ создает мощное магнитное поле, что притягивает к нему стальные элементы. Если корпус сделан из жести или напротив оси первичной обмотки привинчены стальные панели, то при работе вся эта конструкция будет втягиваться внутрь и вибрировать. Звук при этом иногда бывает такой, что его можно сравнить разве что с работой пилы мощной "циркулярки". Поэтому устанавливать СТ можно либо в цельновыгнутый жесткий стальной корпус, который не так поддается вибрациям, или делать панели напротив хотя бы первичной обмотки из немагнитных материалов.
В корпус можно установить вентилятор или сделать его герметичным и залить трансформаторным маслом.
И наконец, последняя рекомендация. Если вы все же изготовили СТ, но являетесь новичком в сварочном деле, то для его испытаний лучше пригласить специалиста. Сварка - дело весьма непростое, и у человека без опыта вряд ли что-то получиться сразу. Обязательно приобретите или изготовьте маску с номером стекла С-4 или Э2. Электрическая дуга издает мощное ультрафиолетовое излучение, которое отрицательно влияет на кожу и в первую очередь на глаза. При поражении глаз в поле зрения появляется желтое пятнышко, которое потом постепенно исчезает, говорят "словить зайчик".
Если вы успеете "словить" подряд сразу два таких "зайчика", то немедленно прекращайте все эксперименты с электрической дугой. При появлении перед глазами нескольких "зайчиков", они, как правило, потом исчезают, и человек успокаивается, однако позже, через несколько часов, это явление чревато такими последствиями, которые на себе лучше не испытывать.
Если у вас есть необходимость выполнения каких-нибудь несложных сварочных работ для бытовых нужд, вовсе не обязательно приобретать дорогостоящий заводской агрегат. Ведь если знать некоторые тонкости, можно без труда собрать сварочный аппарат своими руками, о чем и пойдет речь ниже.
Любые аппараты для сварки бывают электрическими или же газовыми. Стоит сразу сказать, что самодельные сварочные аппараты не должны быть газовыми. Поскольку они включают в себя взрывоопасные баллоны с газом, держать такую установку дома не стоит.
Поэтому в контексте самостоятельной сборки конструкций речь пойдет исключительно об электрических вариантах . Такие агрегаты также подразделяются на разновидности:
Чтобы в домашних условиях собрать инвертор, потребуется схема, которая позволит соблюсти нужные параметры. Рекомендуется брать детали от старых советских приборов:
Параметры для аппарата можно выбирать такие:
Инструмент включает такие компоненты:
Начинаем с намотки трансформатора и действуем в такой последовательности:
Чтобы транзисторные ключи работали непрерывно, напряжение следует на них подавать после выпрямителя и конденсаторов. Блок выпрямителя соберите по схеме на плате, а все узлы прибора закрепите в корпусе. Можно использовать старый корпус от радиоустройства , а можно его сделать и самостоятельно.
С лицевой части корпуса устанавливается светодиодный индикатор , который показывает, что прибор включен в сеть. Здесь же можно поставить дополнительный выключатель, а также защитный предохранитель. Еще его можно установить на заднюю стенку и даже в сам корпус.
Все зависит от его размеров и конструктивных особенностей. Переменное сопротивление устанавливается на лицевой части корпуса, с его помощью можно регулировать рабочий ток . Когда вы собрали все электрические схемы, проверьте аппарат специальным прибором или тестером и можете провести его испытание.
Сборка трансформаторного варианта будет от предыдущей несколько отличаться. Этот агрегат работает на переменном токе, но для сварки постоянным током нужно собрать к нему простую приставку.
Для работы вам потребуется трансформаторное железо для сердечника, а также несколько десятков метров толстого провода или толстой медной шины. Все это можно найти в пункте приема металлов. Сердечник лучше всего делать П-образным, тороидальным либо круглым. Многие также берут статор от старого электромотора.
Инструкция сборки П-образного сердечника выглядит таким образом:
Готовый аппарат к сети лучше всего подключать с помощью проводов с сечением от 1,5 с м 2 и более, а также рубильника. Ток в первичной обмотке обычно не превышает показатель в 25 А, а во вторичной колеблется в пределах 6-120 А. Во время работы с электродами диаметром 3 мм через каждые 10−15 делайте остановки, чтобы трансформатор остыл . Если электроды более тонкие, это не нужно. Более частые перерывы нужны, если вы работаете в режиме резки.
Чтобы самостоятельно собрать миниатюрный аппарат для сварки, вам потребуется всего лишь несколько часов и такие материалы:
Сначала аккуратно разберите старую батарейку и извлеките из нее графитовый стержень. На конце его заострите шкуркой и протрите сухой тряпкой. Кусок толстой проволоки на4−5 см от конца очистите от изоляции и с помощью пассатижей или бокорезов загните петлю. В нее вставьте угольный электрод.
Уберите вторичную обмотку с трансформатора и на ее место намотайте толстую проволоку на 12−16 витков. Теперь все это вставляется в подходящий корпус - и аппарат готов.
Его провода присоединяются к выводам вторичной обмотки, угольный стержень вставляется в петлю и хорошо обжимается. Плюсовый вывод соедините с держателем электрода, а минусовый - со скруткой рабочих деталей. Ручку-держатель можно приспособить для электрода.
Можно применять ручку паяльника или нечто подобное. Включите прибор в бытовую сеть и выполните соединение деталей посредством графита . Должно возникнуть пламя, а на конце деталей образуется шарообразный сварной шов.
Для домашней мастерской наличие сварочного аппарата очень важно. Такие приборы имеют разные конструкции и модификации . Как новички, так и опытные мастера часто предпочитают не заводские, а самодельные аппараты, которые можно модифицировать на свой лад.
Перед тем как сделать сварочный аппарат, нужно иметь представление о том, что такое трансформатор понижающего типа. Сделать его сами могут люди, имеющие минимальные знания в электротехнике. Особенно актуально изготовление таких изделий было в те времена, когда подобного рода техника не имела серийного выпуска и не была доступна для широкого круга покупателей. А необходимость в использовании и сварке металлических конструкций для хозяйственных нужд была всегда и остается сейчас. Именно сварка является самым простым и быстрым способом для соединения металлических деталей.
Сварка бывает нескольких типов, различают плазменную, электрошлаковую, дуговую, лазерную, лучевую, ультразвуковую, газовую и контактную, а также многие другие. В домашнем хозяйстве, как правило, достаточно дуговой сварки электрического типа. Для электродуговой сварки существуют трансформаторные и инверторные аппараты. Чтобы получить аппарат для постоянного тока, нужно немного изменить и переделать аппарат, настроенный на переменный ток. Но преимущество тем не менее остается за современными инверторными моделями, масса которых значительно меньше. Такие устройства имеют стабилизацию тока и работают при пониженном напряжении сети, но чувствительны к перегреву, что требует осторожности.
Проста и надежна конструкция трансформаторного аппарата. Сделать самому сварочный аппарат переменного тока можно на основе трансформаторов. Электрическая дуга этого аппарата производится током высокого напряжения, а сам аппарат должен иметь большую мощность. Трансформатор, используемый для изготовления сварочного аппарата, должен выдерживать длительные и значительные нагрузки, не перегреваясь. Удобнее всего для изготовления модель, сердечник которой имеет форму буквы “П”, так как разбирается он легко и на него проще наматывать обмотку (рис. 1). Но если такого типа сердечник найти не представляется возможным, допустимо использование сердечника тороидального типа с круглым сечением, который можно найти в электродвигателе, в латоре или статоре. Формула расчета для него будет похожа, но имеет несколько отличий.
Трансформатор внешне представляет собой катушки медного провода с эмалировкой, намотанные на сердечник. Количество катушек редко превышает 2, намотки на них тоже 2 – первичная и вторичная. Намотки содержат разное количество витков. Первичная подключается к электросети и возникает индукция, придающая ток меньшего напряжения, но больше ампер второму слою обмотки. На качестве отрицательно скажется малая сила тока, слишком большая разрежет свариваемый металл и сожжет электроды.
Рисунок 1. Намотка на сердечник в форме “П”.
Железо для сварочного аппарата должно обладать высокой степенью магнитной проницаемости. Идеальная толщина обмотки при этом 0,3 мм, для нее используется медная жесть шириной 40 мм. Термобумага нужна для оборачивания в нее всей обмотки, ее толщина должна быть не менее 0,05 мм.
Если для обмотки использовать обыкновенный провод, может случиться, что поверхность проводника сильно перегреется. Вентилятор устанавливается внутри трансформатора сварочного аппарата с теми же целями.
Чтобы бытовой сварочный аппарат такого типа мог справиться с электродами диаметром 3-4 мм, его сердечник должен иметь в поперечном сечении от 22 до 55 см². Большая величина не обеспечит большей мощности, но аппарат будет значительно тяжелее. Поперечная площадь сердечника рассчитывается по формуле S=а*b. Для первичной обмотки будет очень хорош провод в изоляции из стеклоткани или х/б, стойкий к температурным воздействиям. Именно такая изоляция обеспечит аппарату длительную работу без перегрева, в крайнем случае может быть использована и резиновая изоляция.
Изоляционный слой при наличии стеклоткани или х/б ткани может быть изготовлен и самостоятельно. Для этого ткань требуется нарезать неширокими полосками в 2 см и обернуть ими провод, а затем сделать пропитку намотки электротехническим лаком.
Для того чтобы намотать катушки правильно, сначала требуется изготовить каркас, который должен свободно надеваться на сердечник сверху. Материалом для изготовления может служить текстолит или – при его отсутствии – технический картон. После наматывания первого ряда требуется проложить слой изоляции. Материалами могут служить стеклоткань, технический картон, текстолит. Затем наматывается еще один слой медной обмотки, таким же образом изготавливается и вторая катушка.
Особое внимание требуется уделить первичной намотке, так как именно ее сложнее всего перематывать, а между тем в процессе сварки температура нередко достигает 100°C и более. Удобнее всего работать на этом этапе вдвоем, чтобы пока один укладывает витки, второй тянул бы провод.
Перед работой требуется проверить аппарат, напряжение для которого должно составлять от 60 до 65 В. Для больших мощностей потребуются дополнительные слои обмотки, их делают, как правило, на промышленных моделях. Напряжение Ucb в процессе не должно быть выше 18-24 В, зависит это от диаметра электрода. Увеличить обмотку понадобится и в том случае, если магнитная проницаемость трансформаторного железа была изначально рассчитана неправильно. Требуется и соблюдение правил пожарной безопасности при работе, так как искры от сварки могут гореть еще долго и, попадая на некоторые предметы, таким образом их поджечь.
Сварочный аппарат предназначен для выполнения сравнительно небольшого количества работы. И поэтому после использования 10-15 электродов 3 мм в диаметре он должен остыть. Если используются электроды 4 мм, время работ требуется сократить еще больше. Сильнее всего нагрев аппарата происходит при использовании режима резки. После окончания работ аппарат требуется обязательно отключить от сети.
Схема такого аппарата содержит доступные комплектующие, собрать его самостоятельно не составит труда. Для работ такого типа нужно знание электроники и немалый опыт. Многие использованные радиодетали можно найти в старых телевизорах. Материалы и инструменты:
Для правильной работы инвертора необходим ток с возможностью плавного регулирования от 40 до 130 А. Для первичной обмотки трансформатора первичный ток должен быть 20 А, а электрод не более 3 мм обеспечит при этом качественную работу. Сварочное напряжение должно включаться и выключаться при помощи удобно расположенной кнопки. Тонкие листы деталей позволит варить обратная полярность.
Расположить все элементы схемы удобнее всего на печатной плате. Используемые в схеме тринисторы и диоды не должны перегреваться, для этого перед их монтажом на плату монтируется теплоотвод, а на него, в свою очередь, они сами. Плата должна быть изготовлена из стеклотекстолита толщиной не менее 1,5 мм. Вентилятор требуется для лучшего охлаждения всей схемы, монтируется он непосредственно на корпус для размещения инвертора.
Работать с инвертором проще, чем выполнять аналогичные операции с трансформаторным аппаратом.
Шов при этом получается значительно качественнее. Этот аппарат имеет возможность сварки черных и цветных металлов и заготовки из тонких листов.
Не секрет, что сварочный аппарат своими руками для человека, знакомого с электротехникой, сделать не так уж трудно. Особенно это имеет смысл, если он предназначен для использования в личном хозяйстве, где применяется лишь время от времени. В этом случае самодельный сварочный аппарат, себестоимость которого намного ниже заводского, вполне способен его заменить. Детали для его конструкции свободно можно снять с различных электрических бытовых устройств, вышедших из строя или, в случае необходимости, изготовить и собрать самому. Схемы таких аппаратов могут быть различными. Решающим фактором здесь обычно выступает доступность деталей и материалов.
Все сварочные аппараты дуговой электросварки делятся на инверторные и трансформаторные. Сразу необходимо отметить, что вопрос о том, как сделать сварочный аппарат самостоятельно, во многом зависит от возможности достать детали от определенной бытовой техники. Если все детали приобретать по рыночным ценам, то в результате себестоимость будет приближаться к цене фирменного аппарата, уступая ему в эффективности. Именно поэтому нужно иметь определенные знания в области электротехники и знать, где какая деталь ставится и где ее можно снять бесплатно или за небольшую цену.
Число витков на первичной обмотке должно быть порядка 240. При этом для обеспечения возможности регулировки сварочного тока с шагом от 20 до 25 витков делаются несколько отводов. Вторичную обмотку наматывают медной проволокой сечением от 30 до 35 мм в количестве от 65 до 70 витков. Для регулировки сварочного тока на ней тоже нужно сделать отводы. Изоляция вторичной обмотки должна быть особенно надежной и теплостойкой, поэтому ей стоит уделить особое внимание. Каждый из слоев необходимо проложить дополнительной изоляцией из хлопчатобумажной ткани.
Трансформаторный сварочный аппарат может использовать для работы переменный или постоянный ток. Первый из них самый простой по устройству, но сложнее в использовании. Для постоянного тока его достаточно несложно доработать, установив диодный мост. Подобный аппарат надежен, долговечен и неприхотлив в использовании, но имеет значительный вес и чувствителен к перепадам напряжения в электросети. Если оно падает ниже 200 В, становится очень сложно зажигать и удерживать электрическую дугу.
В отличие от трансформаторного инверторный сварочный аппарат, благодаря применению современных электронных деталей, имеет сравнительно небольшой вес. Его вполне может носить на плече один человек. Такой аппарат обладает устройством стабилизации тока, что очень облегчает работу при сварке. Понижение напряжения для него помех практически не создает, и он может работать от бытовой электросети. Однако инверторный аппарат очень чувствителен к перегреву и требует большой осторожности в работе, иначе он легко выходит из строя.
Главной деталью такого аппарата является трансформатор. Основной характеристикой его должна быть способность стабильно держать рабочий ток, а это опирается на такой показатель, как внешняя вольт-амперная характеристика блока питания. Иными словами, ток сварки не должен значительно отличаться от тока, производимого коротким замыканием.
Для этого ток необходимо ограничить одним из таких способов, как увеличение магнитного рассеяния трансформатора, балластное сопротивление или установка дросселя. Сам трансформатор можно снять со сгоревшей высокочастотной микроволновой печи. Если доступа к нему нет, то можно изготовить сварочный трансформатор своими руками.
Для изготовления сердечника нужно приобрести пластины из трансформаторного железа. Площадь сердечника в идеале должна составить от 40 до 55 см², при таких показателях обмотка не будет излишне перегреваться. Первичные обмотки для самодельных сварочных трансформаторов должны состоять из толстой термостойкой медной проволоки сечением не менее 5 мм, а лучше более, заключенной в стеклотканевую или хлопчатобумажную изоляцию. Пластиковую или резиновую изоляцию для таких целей применять не рекомендуется, поскольку она менее стойка к перегреванию и легче пробивается, что вызывает короткое замыкание на первичной обмотке.
Нужно помнить, что вторичную обмотку сварочного трансформатора нужно наматывать на обеих сторонах сердечника. Ее можно соединить либо последовательно, либо встречно-параллельно. При этом нужно помнить, что обмотка должна производиться на обеих сторонах в одном направлении. После этого трансформатор помещается в металлический корпус. С его торца вырезаются отверстия для охлаждения аппарата, и ставится вытяжной вентилятор, снятый с блока питания устаревшего или сломанного компьютера. С противоположной стороны корпуса сверлится несколько десятков отверстий для циркуляции воздуха. После этого можно подсоединять кабели и держак для электродов.
Инверторный сварочный аппарат можно вполне собрать из деталей от старых телевизоров. Для этого необходимы некоторые не только общие электротехнические знания, но и определенные познания в электронике. Его схема достаточно сложна. Инвертор представляет собой импульсный источник постоянного тока, и для его изготовления подойдет несколько ферритовых сердечников, которые стоят на строчных трансформаторах в старых телевизорах. Они складываются по три, и уже на них наматывается обмотка из медного или алюминиевого провода.
Поскольку первичная обмотка наиболее подвержена перегреву, между витками необходимо оставлять небольшие промежутки, чтобы облегчить процесс охлаждения. Стоит помнить, что алюминиевый провод нужно брать большего сечения, чем медный, поскольку его теплопроводность ниже. Для фиксации обмоток инвертора применяется проволочный бандаж из миллиметровой медной проволоки шириной 10 мм, наложенный на изоляцию из стеклоткани.
Конденсаторы тоже можно снять с телевизора, но только стоит помнить, что не рекомендуется брать бумажные конденсаторы от низкочастотных цепей, поскольку долго они работать при таких нагрузках не смогут. Тринисторы лучше взять достаточно маломощные и подсоединить их параллельно, чем брать один мощный, поскольку на них падает большая термическая нагрузка и их легче охлаждать. Тринисторы монтируются на металлической пластине толщиной не менее 3 мм, что облегчает отвод лишнего тепла. Диоды для сборки диодного моста тоже с легкостью можно набрать с нескольких старых телевизоров. Сам мост также монтируется на теплоотводящей пластине.
Некоторые детали для инверторного аппарата в телевизорах отсутствуют, и их приходится изготавливать самостоятельно. Прежде всего это дроссель. Его нетрудно сделать без каркаса из медного провода сечением не менее 4 мм, накрученного 11 витками с промежутками не менее 1 мм. Поскольку на дроссель будет падать основная термическая нагрузка, нужно поставить дополнительную систему воздушного охлаждения. В этом качестве вполне можно применить обычный бытовой вентилятор, монтируемый в корпусе сварочного аппарата таким образом, чтобы воздушная струя попадала прямо на дроссель.
Все элементы электронной схемы собираются на печатной плате из стеклотекстолита толщиной не менее 1,5 мм. К самой плате присоединяется теплоотвод, облегчающий охлаждение всей системы. В центре платы вырезается круглое отверстие для установки вентилятора, поскольку без принудительного воздушного охлаждения аппарат долго не проработает. Сварочный инвертор главным своим преимуществом имеет возможность делать мини-сварочные работы, сваривая тонкие металлические листы. Сам сварочный шов выходит более аккуратным, нежели у трансформаторного аппарата. Это имеет решающее значение при таком виде работ, как ремонт автомобиля своими руками.
Сварочный аппарат, сделанный самостоятельно, включает детали, полученные бесплатно или по бросовой цене, но вполне справляется со своими задачами.
