Выпрямитель для сварочного аппарата своими руками

ДОРАБОТКА СВАРОЧНОГО АППАРАТА

Выбор бытовых сварочных аппаратов на современном рынке огромен — от трансформаторных и инверторных до аппаратов плазменной резки. Основная область использования данной электроаппаратуры в бытовых целях — ремонт авто — мототехники, сварочные работы на малых строительных площадках (дачное строительство). В данной статье предлагаю рассмотреть некоторые моменты по модернизации бытовых трансформаторных сварочных аппаратов на примере сварки фирмы BlueWeld модель Gamma 4.185.

Рассмотрим принципиальную схему аппарата — как видите ничего сложного-обычный силовой трансформатор,с первичной обмоткой на 220/400В, с тепловой защитой и вентилятором охлаждения.

Рабочий ток прибора (от 25 до 160А) регулируется посредством выдвижной части сердечника трансформатора.Аппарат расчитан на работу с покрытыми электродами от 1,5 до 4мм диаметром. Что же явилось предпосылкой к модернизации данного устройства? Прежде всего нестабильность питающего напряжения в том районе, где планировалось использование данного аппарата — в иные дни оно едва достигало 170В (кстати, некоторые инверторные аппараты просто не запускаются при таком напряжении питания). Кроме того, аппарат изначально не предназачен для выполнения сварных швов с высокими эстетическими характеристиками (например при применении электродуговой сварки в процессе художественной холодной ковки металла или при сварке тонкостенных профильных труб) — в общем основным назначением аппарата было»спаять» между собой две железных болванки. Помимо всего прочего, »зажечь» дугу этой сваркой было весьма затруднительно даже при номинальном напряжении питания — про пониженное напряжение вообще говорить не приходится. В итоге было решено прежде всего перевести аппарат на постоянный ток (для стабильности электрической дуги и как следствие увеличения качества сварного соединения) а также повысить напряжение выхода для более стабильного и легкого розжига электрода. Для этих целей идеально подошла схема выпрямителя/умножителя конструкции А.Трифонова — принципиальная электрическая схема (а) и вольт-амперные характеристики (б) показаны на рисунке.

Особую роль в этом техническом решении казалось бы обычного выпрямителя, играет перемычка Х1Х3-вставив ее,получают из обычного диодного моста VD1-VD4 с низкочастотным фильтром C1C2L1 выпрямительное устройство, на выходе которого в режиме холостого хода мы имеем удвоенное напряжение (по сравнению с вариантом работы прибора без перемычки). Рассмотрим более подробно работу схемы. Положительная полуволна напряжения поступает на полупроводниковый вентиль VD1 и зарядив конденсатор С1 до максимума возвращается к началу обмотки трансформатора. В другой полупериод, заряд проходит к конденсатору С2, а от него к вентилю VD2 и далее к обмотке. Конденсаторы С1 и С2 соединены таким образом, что результирующее напряжение оказывается равным суммарному (удвоенному) напряжению, которое и подводится через дроссель на держатель электрода и таким образом способствует стабильному разжиганию дуги. Вентили VD3 и VD4 при замкнутой перемычке Х2Х3 и отсутствии сварочной дуги в работе схемы не участвуют. Главным достоинством схемы является то,что при применении обычной схемы моста имеет место резкое снижение выпрямленного напряжения при увеличении тока нагрузки в момент зажигания дуги-приходится ставить электролитические конденсаторы огромной емкости — 15000мкф, и все это при том, что в момент касания электродом свариваемых поверхностей и мнгновенного разряда конденсатора большой емкости, происходит микровзрыв плазмы с разрушением покрытия электрода, а это ухудшает розжиг. Теперь немного о деталях конструкции.

В качестве вентилей диодного моста применимы полупроводниковые диоды Д161 или В200 со стандартными радиаторами для них.

Если у вас в наличии имеются 2 диода Д161 и 2 диода В200 вы можете сделать мост более компактным — диоды исполнены с разной проводимостью и радиаторы можно скрепить шпильками прямо между собой, не применяя прокладок. В качестве конденсаторов, перестраховавшись, применил набор неполярных конденсаторов МБГО (можно МБГЧ,МБГП).

Емкость каждого получилась по 400 мкф, чего вполне хватило для стабильной работы аппарата. Токовый дроссель L1 намотан на сердечнике от трансформатора ТС-270 проводом сечением 10мм квадратных.

Мотаем до полного заполнения окна. При сборке, между половинами сердечника трансформатора закладываем пластины из текстолита толщиной 0,5мм. Так как планировалось применение аппарата для сварки тонкостенных профильных труб, отрицательный вывод выпрямителя был подведен к электрододержателю, а положительный к »крокодилу» массы. Проведенные испытания показали следующие результаты: стабильный розжиг дуги; уверенное поддержание горения дуги; отличный тепловой режим при долговременной работе (10 электродов к ряду); хорошее качество сварных швов (по сравнению с использованием аппарата без выпрямителя). Вывод — модернизация сварочного аппарата с использованием выпрямителя Трифонова заметно улучшают его показатели по всем параметрам. Автор: Элетродыч.

Выпрямитель для сварочного аппарата

Конструкция 1-го выпрямителя:

Выпрямитель объединен с тороидальным трансформатором и вентилятором воздушного охлаждения. Непосредственно сам выпрямительный мост здесь собран на диодах ДЛ-132-80-10, установленных в центре тора на кронштейны-радиаторы из отрезков алюминиевого уголка. Тепловой режим для мощных полупроводниковых вентилей — наиболее благоприятный. Ведь каждый из диодов практически со всех сторон омывается воздушным потоком, засасываемым снизу (из-под подставок) и интенсивно прогоняемым вентилятором через «мини-аэродинамическую трубу» — внутреннюю воронку (окно) тора.

Правда, для столь свободного «продувания» пришлось побеспокоиться об оптимальности компоновки агрегата. В частности, предусмотреть, чтобы отверстия сравнительно большого диаметра были и в основании, и в стяжной крышке, к которой крепится (благодаря имеющемуся фланцу) трёхфазный многолопастный вентилятор УВО-2,6-6,5-У4. А чтобы воздухозабор шёл снизу тоже без помех, высота привинчиваемых к основанию подставок должна быть не менее 20 мм.

Теперь несколько слов об особенностях подсоединения диодного моста к сварочному трансформатору. При интенсивном использовании аппарата для сварки один из выводов диодного моста подключается к общей клемме, а другой, являясь в данном случае «плавающим», состыковывается с тем или иным выводом трансформатора. Если необходимы напряжения 6 В, 12 В, 18 В и т.д., то оба ввода диодного моста делаются переходными («плавающими»).

Выпрямитель позволяет улучшить зажигание дуги, поскольку увеличивается напряжение холостого хода, и повысить качество сварки. Кроме того, нельзя забывать, что на плюсовом выводе выделяется больше тепла. И свойство это, как говорится, грех не использовать при сварке тонкостенных деталей (здесь «+» подводится к электроду).

Рис.1 Сварочный аппарат постоянною тока:

1 — подставка (дерево, фанера, s20, 4 шт.), 2 — основание (фанера, s10), 3 — шуруп с потайной головкой (8 шт.), 4 — вывод контактный (4 шт.), 5 — наконечник клеммный (4 шт.), 6 — шпилька М6 (бронза или латунь, 4 шт.), 7 — гайка М6 (бронза или латунь, 16 шт.), 8 — шайба (бронза или латунь. 20 шт.), 9 — гайка-барашек М6 (бронза или латунь, 4 шт.), 10 — ручка поворотная откидная (от списанной радиоаппаратуры, 2 шт.), 11 — вентилятор трёхфазный УВО-2,6-6,5-У4 (в круглом корпусе с фазосдвигающим конденсатором 2 мкФ), 12 — винт М4 с шайбой Гровера (3 шт.), 13 — крышка стяжная с центральным отверстием под вентилятор (фанера, s10), 14 — сердечник тороидальный (из статора асинхронною двигателя), 15 — обмотка трансформатора первичная (число витков, отводы, диаметр провода — расчётные), 16 — слои изоляционные (толщина и количество — расчётные), 17 — прокладка кольцевая (электротехнический картон, s1. 2,5, 2 шт.), 18 — изоляция наружная (намотка лакотканной лентой в 1 — 2 слоя), 19 — кронштейн (алюминиевый уголок 75×50, 2 шт.), 20 — диод полупроводниковый ДЛ-132-80-10 (4 шт.), 21 — кронштейн центральный (алюминиевый уголок 60×60), 22 — шуруп с полукруглой головкой (6 шт.); D1 и D2 — по габаритам вентилятора.

Конструкция 2-го выпрямителя:

Это автономный выпрямитель (его можно использовать практически с любым прибором на ток 200 А). При простой принципиальной электрической схеме диодного мостика примитивно-стандартной данную конструкцию вообще-то не назовешь. Необычность её состоит в использовании двух групп разнополярных диодов — В200 и ВЛ200 (внешнее их отличие — соответственно, зелёные и малиновые корпуса). Значит, есть реальная возможность соединить радиаторы диодов в каждой из групп. То есть в одной группе на радиаторе получается «+», в другой «-». Однородные соединяются шпильками М8, а между разнородными устанавливается резиновая прокладка. Вся конструкция получается предельно компактной и надёжной.

Рис.2. Выпрямитель «Малыш» для «сварочника»:
1 — радиатор диодный (4 шт., стянуты попарно), 2 — панель сетевая (текстолит, фанера, s10), 3 — шпилька М8 (бронза или латунь, 4 шт.), 4 гайка М8 (бронза или латунь, 18 шт.), 5 — шайба (бронза или латунь, 28 шт.), 6 — болт М8 клеммный (бронза или латунь, 2 шт.), 7 — диод мощный выпрямительный В200 (2 шт.), 8 — диод мощный выпрямительный ВЛ200 (2 шт.), 9 — вывод от выпрямителя к нагрузке (2 шт.), 10 — панель выпрямительная (фанера, s10), 11 — прокладка изоляционная (резина велокамеры); а) — принципиальная схема выпрямительного моста.

И ещё одна особенность здесь налицо: выводы диодов можно использовать в качестве ручек — для переноски выпрямителя. Тем более что масса всего устройства не превышает 5 кг.

Выпрямитель сварочного аппарата своими руками: элементы для схемы

Выпрямитель сварочного аппарата своими руками можно собрать по схеме.

Для этого понадобится подготовить электродетали с инструментами.

Своим названием прибор говорит о предназначении операции.

Смену переменного тока в постоянный проводят, чтобы получить непрерывную дугу. Её используют для скрепления друг с другом материалов.

Виды аппаратов, их особенности

Сварочный выпрямитель своими руками

Самодельный сварочный выпрямитель нужен для эффективного питания бытовой конструкции или производственной с небольшими объёмами работ и рабочих циклов.

В промышленности применяют более мощную аппаратуру, действия с ней, не образуют пауз во время сварки.

В этот период происходит остывание раскалённых деталей, снижается скорость выполнения процедуры, что не мешает для домашних приспособлений.

Эти изделия состоят из элементов:

• трансформатора
• конденсаторного блока
• выпрямителя

Приступая к созданию сварочного прибора мастеру нужно определиться с направлением работ, их размерами.

От объема производства, количества соединений зависят:

• подбор нужных электродов
• системные параметры
• материальная характеристика

Сборщик, подобрав нужную схему и материалы, выполнив поэтапно сборку аппарата, добьётся необходимых показателей в системе.

Что хорошего в приборе и что мешает

Как переделать сварочный аппарат переменного тока в постоянный — на этот вопрос мастеру ответит нужная полупроводниковая схема с устройством выпрямителя:

• Лучшими показателями обладает трёхфазная система, она позволяет использовать мощность сети до 380 В.
• На подобном оборудовании работают там, где нужен большой непрерывный процесс, чтобы в этот временной промежуток, не прерываясь, сваривать крупные стальные детали. С помощью этих мощных аппаратов можно производить ворота, контейнеры, любые хозяйственные металлические сооружения.
• Такой инструмент пригодится в основном не на частном хоздворе, а для малого бизнеса и реализации изготовленных изделий. Все потому, что это громоздкие и тяжелые конструкции, в отличие от приспособлений с меньшим количеством фаз, нуждаются в дополнительных установках для перемещения аппарата.

В подобной системе трансформатор способен снизить массу, но его сердечник нужно уметь самостоятельно намотать или купить готовый с необходимыми параметрами.

Требования для конструктивной сборки

Схема для простого выпрямителя не представляет особой сложности, понадобятся проводники, пропускающие электрический поток и направленные в нужную сторону.

Схема сварочного выпрямителя

Электродетали следует подготовить из следующей комплектации:

• диодов — они позволяют работать схеме без управляющих блоков
• тиристоров, подающих сигналы на элементы для хорошего прохождения электрических
• потоков, при их уменьшении закрываются вентили
• транзисторов, управляющих всеми процессами с напряжением
• резисторов, позволяющих регулировать ток

Чтобы электрические элементы дольше служили в эксплуатации, их подбирают с высокими параметрами, при этом следят, чтобы фактический ток был в цепи меньше заданного по номиналу.

Сборка сварочного выпрямителя происходит с помощью следующих предметов:

• трансформатора
• диода
• радиатора
• дросселя
• электрода
• конденсатора
• керамического сердечника
• никелиновой проволоки

Собранную полупроводниковую схему в виде диодного выпрямителя устанавливают с радиатором, обеспечивающим теплообмен и охлаждение. Дросселем снабжают падающую характеристику электротока, увеличенным сопротивлением или реостатом регулируют нужные параметры. Полюсы, положительный и отрицательный, подключают на электрод и объект.

Функция электролитического конденсатора в схеме служит осуществлению, сглаживающей фильтрации и снижению пульсации.

Многие специалисты самостоятельно справляются с намоткой реостатов на керамические сердечники. Используют проволоку нихромную или никелиновую. Их диаметральный подбор зависит от величины сварочных токовых потоков.

Реостатное сопротивление рассчитывают, основываясь на параметры проволоки:

• удельное сопротивление
• сечение
• длину

Регулировка сварочного тока зависит от количества витков.

Принцип работы однофазной мостовой схемы

Процесс протекания переменного тока можно представить в виде волны, колеблющейся с определенной частотой. Это процедура очень быстрая, которую представить можно, как в один определенный момент, проходит ток сначала в одну сторону затем в другую.

Однофазная мостовая схема выпрямления

В сварке специалисты добиваются, чтобы эти перемещения осуществлялись в одностороннем порядке:

• Во вторичную обмотку трансформатора впаивают полупроводник, он осуществляет электрический пропуск в нужном направлении, что и является постоянным током. Так как переменный ток с наличием частот, своими волнами создаст паузы, которые недопустимы в рабочем процессе.
• В схеме, припаивают электродетали в обратном направлении по отношению друг к другу, тогда, и электронный поток потечет в обратную сторону.
• Если создать схему с парами элементов, направленных один к другому, получат поток из волн с колебанием от нулевого значения до максимального. Этот предел рассчитывают на возможность вторичной трансформаторной обмотки.
• Таким же способом получают колебания, снижающиеся до минимума, с момента которого начинается новый подъём. При этом вырабатывается плюс полюсного напряжения, а его минус располагается в обмотке трансформатора.
• Эту схему применяют с наличием в устройстве вывода, чтобы не разбирать обмотку, его можно создать самостоятельной намоткой. Эта конструкция славится своей экономичностью по отношению к количеству полупроводниковых элементов.
• Разделение обмотки на несколько участков позволяет пользоваться только её частью.
• Наиболее удобной и применимой у электротехников является мостовое выпрямительное сооружение. Подобный план состоит из квадрата с полупроводниками по сторонам. Одни углы у него выдают постоянный ток, другие показывают выход напряжения от трансформатора.

Этот пример имеет преимущество, он не требует создавать вывод от второй обмотки, но понадобится много полупроводниковых вентилей. Сварка будет с небольшой мощностью, для них подбирают специальных размеров электроды, и сваривают детали ограниченные в параметрах. Следует учесть, уменьшает колебания волн, при работе сварочного аппарата, параллельное включение конденсаторного приспособления.

Отличительные черты трёхфазной аппаратуры

Принцип работы прибора, собранного по электросхеме для выпрямителя, питающегося тремя сетевыми фазами, основан на наличии небольшой пульсации выходного напряжения. Волны в процессе перекрывают одна другую, не давая напряжению снизиться до нулевого значения.

Сварочную установку сооружают, включая в фазы полупроводники за трансформаторными обмотками. Выводы соединяют, получая в итоге единственный выход. Через подобный мост пропускаются разделенные надвое волны, образующие учащенную пульсацию, но с меньшей силой. В подобной конструкции понадобится вывод нуля, а трансформатор соединяют с питанием по специальной схеме.

Мастера на практике знают, что наиболее качественная работа получается с применением аппаратов, работающих на постоянном токе, обеспечивающих дугу стабильным горением с прочным швом. Чтобы получить необходимые параметры, несмотря на рост технологических открытий, появлению новшеств в приборостроении, мастера своими руками производят и по-прежнему используют, простейшие выпрямители.

Переделка сварочного аппарата на постоянный ток — на видео:

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.

Изготовление дросселя для сварочного аппарата своими руками

Понижающий трансформатор является основой простейшего сварочного аппарата. Более сложным является сварочный аппарат, у которого на выходе имеется выпрямитель, который переменное напряжение преобразует в постоянное. Такие сварочные аппараты называют выпрямителями.

Трансформаторы бывают трех видов: тороидальный, стержневой и броневой, различия между ними можно увидеть на рисунке выше.

Самым сложным является сварочный аппарат, преобразующий входную частоту сети питания 50 Гц сначала в постоянное напряжение, как у выпрямителей, с последующим преобразованием его в переменное, частота которого измеряется уже килогерцами. Это инвертор.

Сделать своими руками инвертор по силам только тому, кто хорошо разбирается в радиоэлектронике и в используемой там элементной базе. Для этого специалиста не нужно объяснять, для чего нужен дроссель и где его место в схеме. А неподготовленному человеку целесообразно объяснить, что такое трансформатор и выпрямитель к нему.

Расчет сечения проводов первичной обмотки трансформатора

Схема устройства сварочного трансформатора.

Теория трансформаторов сложна тем, что она основана на законах электромагнитной индукции и других явлений магнетизма. Однако, не используя сложный математический аппарат, можно пояснить, как работает трансформатор и можно ли его собрать самостоятельно.

Вручную трансформатор можно намотать на металлическом сердечнике, собранном из пластин трансформаторной стали. Проще выполнить намотку на стержневой или броневой сердечник, чем на тороидальный. Сразу же следует обратить внимание, что на изображении хорошо видна разница в толщине проводов: тонкий провод расположен непосредственно на сердечнике, и в нем явно видно большее количество витков. Это первичная обмотка. Более толстый провод и с меньшим количеством витков — это вторичная обмотка.

Не учитывая потери мощности внутри трансформатора, рассчитаем, каким должен быть ток I₁ в его первичной обмотке. Идеальное напряжение сети равно U=220 В. Зная потребляемую мощность, например, P=5 кВт, имеем:

По току в первичной обмотке трансформатора определяем диаметр провода. Плотность тока для бытового сварочного трансформатора должна быть не более 5 А/мм 2 сечения провода. Следовательно, для первичной обмотки потребуется провод сечением S₁=22,7:5=4,54 мм 2 .

По сечению провода определяем квадрат, его диаметр d без учета изоляции:

d 2 =4S/π=4×4,54/3,14=5,78.

Извлекая корень квадратный, получаем d=2,4 мм. Эти расчеты выполнены для медных жил провода. При намотке проводов с алюминиевым сердечником полученный результат необходимо увеличить в 1,6-1,7 раза.

Для первичной обмотки применяют медный провод, изоляция которого должна хорошо выдерживать высокие температуры. Это стеклотканевая или хлопчатобумажная изоляция. Подойдет резиновая и резинотканевая изоляция. Провода, имеющие ПВХ изоляцию, применять не следует.

Расчет сечения проводов вторичной обмотки трансформатора

Схема трансформатора с первичной и вторичной обмоткой.

Напряжение на выходе трансформатора сварочного аппарата в отсутствие сварочной дуги (режим холостого хода) обычно составляет 60-80 В. Чем выше напряжение холостого хода, тем надежнее зажигается дуга. Напряжение же сварочной дуги обычно в 1,8-2,5 раза меньше, чем напряжение холостого хода.

Внимание. О том, что в отсутствие дуги напряжение на выходе трансформатора опасно для жизни, необходимо помнить постоянно.

Для сварки в быту обычно используют электрод диаметром 3 мм, которому достаточно обеспечить ток дуги примерно в 150 А. При напряжении холостого хода, равном 70 В, напряжение дуги будет равно примерно 25 В, и потребляемая мощность Р сварочного аппарата должна быть не менее

Р=25×150=3750 Вт =3,75 кВт.

Целесообразно рассчитывать трансформатор на большую мощность, то есть больший ток сварочной дуги. Например, при токе дуги в 200 А потребляемая мощность составит примерно 5 кВт. Вот на такую мощность и следует рассчитать трансформатор.

Напряжение однофазной сети в доме должно быть равным 220 В, но оно может изменяться на ±22 В. Это одна из причин, из-за которой может изменяться ток дуги и потребуется его регулировать.

Сечение провода во вторичной обмотке трансформатора определяют исходя из плотности тока, равной 5 А/мм 2 . Для тока в 200 А сечение провода равно 40 мм 2 , то есть это может быть только шина, которую наматывают с послойным изолированием. По существующим типовым размерам можно подобрать требуемую шину и по длине, и по поперечному сечению.

Типовые размеры медных шин, выпускаемых промышленностью:

Схема изготовления сварочного дросселя

• длина от 0,5 до 4 м с интервалом 0,5 м;
• ширина от 2 до 60 см с интервалом 1 см (при ширине от 4 до 10 см) и с интервалом 5 см (при ширине от 10 до 60 см);
• толщина от 3 до 10 мм.

Можно воспользоваться и многожильным проводом, сечение которого соответствует рассчитанному значению. Для увеличения сечения провод можно сложить вдвое или втрое. Для алюминиевого провода сечение необходимо увеличить в 1,6-1,7 раза.

Для дросселя, который включают на выходе трансформатора, сечение провода должно быть таким же, как и во вторичной обмотке трансформатора.

Выпрямитель для сварочного аппарата

Электрическая схема выпрямителя сварочного аппарата.

Для сварки на постоянном токе к выходной обмотке трансформатора необходимо присоединить преобразователь переменного тока в постоянный. Такое устройство называют выпрямителем, поэтому и сварочный аппарат с этим устройством называют выпрямителем.

Верхний график представляет синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки трансформатора. Горизонтальная ось t — это ось времени. Временной интервал между нулевыми значениями напряжения определяют периодом колебаний. Он состоит из положительного и отрицательного полупериодов.

Видно, что ток не постоянный, а пульсирующий. Уменьшить пульсацию можно только путем увеличения емкости конденсатора.

Для регулирования тока дуги дроссель необходимо включить между выходом трансформатора и точкой 3 выпрямителя.

Способы регулирования тока сварочной дуги

Рассмотрим один из способов регулирования тока сварочной дуги, основанный на применении дросселя во вторичной обмотке трансформатора. Регулируют ток дуги путем изменения воздушного зазора, предусмотренного в сердечнике, на котором выполнена намотка шины.

Рассмотрим три режима, в котором может находиться трансформатор.

Схема холостого хода и короткого замыкания трансформатора.

1. Режим холостого хода. Переменное напряжение подано на вход трансформатора. Во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, но ток в выходной цепи отсутствует.
2. Режим нагрузки. В результате зажигания дуги она замыкает выходную цепь, состоящую из вторичной обмотки трансформатора и обмотки дросселя. Протекает ток, величина которого определяется индуктивным сопротивлением этих обмоток. Если бы не было дросселя, то ток был бы максимальным. Степень воздействия зависит от размеров воздушного зазора в стержне, на который намотана обмотка.
3. Режим короткого замыкания. Это момент касания электродом свариваемых частей заготовки. В сердечнике трансформатора создается переменный магнитный поток, и во вторичной обмотке индуцируется ЭДС. Ток в цепи определяется величиной индуктивного сопротивления дросселя и вторичной обмотки трансформатора.

При увеличении зазора сопротивление возрастает. Это приводит к уменьшению магнитного потока и, соответственно, к уменьшению индуктивного сопротивления катушки дросселя и общего сопротивления цепочки. Ток дуги возрастает. Такой способ позволяет плавно регулировать ток.

Схема трансформатора в сборе.

Однако подвижная система имеет тот недостаток, что в результате вибрации металла при прохождении по катушке переменного тока она становится не очень надежной.

Можно, жертвуя плавностью регулировки, делать ее ступенчатой. Для этого необходимо сделать дроссель так, чтобы в магнитопроводе не было воздушного зазора. В процессе намотки через определенное количество витков необходимо делать отводы. В этом варианте ток можно регулировать ступенчато, через контакты, которые необходимо делать мощными в расчете на прохождение тока в сотни ампер.

Существует еще одна причина, по которой необходимо включение дросселя для создания условий нормальной ручной сварки.

Характеристику зависимости напряжения дуги от ее тока называют падающей. Неопытному сварщику придется поверить, что такая зависимость полезна при сварке, если трудно выдерживать неизменное расстояние между электродом и свариваемыми частями. Чтобы обеспечить такую характеристику, индуктивного сопротивления только вторичной обмотки трансформатора недостаточно. Непосредственная задача дросселя для сварочного аппарата — прибавить недостающее сопротивление.

Как сделать дроссель и намотать его правильно?

Для намотки катушки дросселя можно воспользоваться магнитопроводом серии UI. В таблице 1 приведены размеры, соответствующие максимальным значениям параметров а и b.

Выпрямитель для сварочного аппарата

Процесс неразъемного соединения заготовок изделия расплавленными частями, полученных нагреванием, называется сварка.

Получение расплава в зоне контакта достигается различными способами: электродугой, механическим (давление), кузнечная (ковка), газовая (газовая дуга). В статье рассмотрены основные понятия по процессу электросварки, получения электродуги для сварки металла и основное оборудование применяемое для этого.

Что такое электродуга и способы ее получения

Электродуга для сварки образуется при достижении достаточной величины разности потенциалов между двумя электродами в ионизированной среде газов и испарений, образованных от обмазки электродов или флюсовых смесей.
Зажигание дуги обычно происходит в несколько этапов:

• короткое замыкание заготовки с электродом;
• последующие отвод электрода на 3 — 6 мм с возникновением дуги;
• установление устойчивого горения дуги.

[affegg id=86 next=3]

Короткое замыкание необходимо для быстрого разогревания места контакта и начала ионизации пространства вокруг зоны взаимодействия дуги и металла. После отвода электрода от зоны короткого замыкания возникает неустойчивая дуга. По мере ее горения происходит дальнейший разогрев и ионизация газов вокруг дуги. Часть электронов ионизируется в процессе ударение с другими участвующими в разряде электронами, часть разбивая атомы воздуха в зоне горения. В результате подобного взаимодействия воздушное расстояние становится полностью электропроводным, что способствует установлению горения устойчивого дугового разряда.

Условия устойчивого горения сварочной дуги

Хорошее качество сварного шва обеспечивает устойчивое горение дуги.
Это устойчивость обеспечивается определенным балансом между током сварки Iсв. и напряжением дуги Uд. Проще говоря — это режим при котором обеспечивается горение дуги между электродом и заготовкой без залипания электрода и стабильностью дуги. Отчасти такое состояние характеризует вольтамперная характеристика сварочного электродугового процесса, которая отражена на графике.

На графике видно три области:

1. резкое падение напряжения с возрастанием силы тока, такая характеристика называется — падающая. Сварка в таком режиме обуславливают неустойчивое горение дуги стабильность горения не обеспечивается;
2. напряжение дуги не меняется с возрастанием силы тока, такая характеристика называется — жесткой. В этой в этой зоне производится основной вид сварочных работ;
3. напряжение увеличивается с возрастанием тока — это возрастающая характеристика. При таком режиме возможен перегрев зоны сварки и прожег тонколистового металла, применяется в ограниченном режиме.

[affegg id=86 next=3]

Для того чтобы получить электрическую дугу достаточно иметь на электродах разность потенциалов порядка не менее 45 В. и величину вольтамперной дуги, желательно регулируемую в пределах от 80 — 400А. Еще одна важная характеристика — напряжение холостого хода. Эта характеристика необходима для более быстрого зажигания дуги и ее величина составляет порядка 70-80 В.

Принцип работы сварочного трансформатрора

Рассмотрим схему простейшего трансформатора, который предназначен для понижения напряжения на вторичной обмотке. Понижение напряжения вызывает увеличение тока на вторичной катушке. Такие трансформаторы называются токовыми. Они могут быть сборными из Ш — образных заготовок, или кольцевого железа. Для уменьшения от вредных вихревых наводок заготовки штампуются из тонких листов специальной трансформаторной стали. Из этих заготовок можно собирается остов с тремя или двумя сердечниками. На круглый каркас первичная и вторичная провода наматываются по всей длине железа накладывая рядом друг с другом вплотную. На остове с сердечниками первичная и вторичная катушки располагаются на раздельных стержнях. Отношение витков первичной и вторичной катушки называют коэффициентом трансформации. Например, число витков первичной катушки W₁=100, а вторичной W₂ = 10, то Кт = W1 / W2 = 10. Примерно на такую же величину возрастет вольтамперная нагрузка на вторичной обмотке.

Как отмечалось выше, дуга между электродом и заготовкой переменного напряжения является неустойчивой: металл в ванне расплава заполняется неравномерно, разбрызгивается и для качественного шва не подойдёт. Более устойчивое горения можно получить если ввести в схему сварочного трансформатора выпрямитель для сварочного аппарата переменного тока. Выпрямитель представляет из себя два или четыре однополярных диода (диодный мост), который пропускает переменное напряжение только в одном направлении и работает по двух или четырех полупериодной схеме соответственно.

[affegg id=86 next=3]

Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное. Такое дополнение позволяет стабилизировать характеристики сварки. Но, до идеала еще далеко, т.к. величина пульсации еще достаточно большая и для компенсирования этих пульсаций дополнительно в схему вводится дроссель и конденсатор. Эта схема работает по принципу электрического компенсатора, накапливая энергию в период пика на конденсаторе и отдавая его при минимальной амплитуде.

Расчет трансформатора для сварки средней мощности (для домашних нужд)

Для более лучшего понимания работы устройства, произведем его расчет самостоятельно.
Прежде всего нам понадобится необходимые начальные и выходные характеристики,начальные:

• напряжение на входе — это потенциал сети 220 В;
• напряжение на выходе — колеблется от 45 до 80 В.

• расчётные характеристики для вторичной обмотки. Здесь мы будем исходить из того: какое железо мы будем варить. Если от 3 до 5 мм, то аппарат должен быть рассчитан на диаметр электрода 3 — 4 мм, а — это 150 — 200 А. Если меньше, тогда на 100А.;
• площадь сердечника — Sсер. Будет зависеть какая мощность необходима на выходе, в нашем случае сечение принимаем среднее, порядка от 45 до 50 см 2 ;
• площадь промежутков между стержнями трансформатора — Sо. Подобные промежутки необходимы для формирования магнитного потока между стержнями, охлаждения намотки (величина влияет на беспрерывное время работы устройства) и удобства размещения катушек в окне. Для среднего магнитопровода достаточно параметр от 95 до 110 см 2 ;
• плотность (величина тока в проводе). Этот параметр для самодельных аппаратов принимается порядка 2,75 — 3, 5 А/мм 2 .

Для примера расчета возьмем среднюю величину выше приведённых параметров:

• сетевое напряжение — U₁=220 В;
• выходное напряжение- U₂=60 В,
• номинальная сила тока — Iн -170 А,
• площадь сечения сердечника- Sс=45 см 2 ,
• площадь окна So -100 см 2 ,
• плотность электронов в обмотке, — 3 А/мм 2

[affegg id=89 next=3]

Самый первый расчет — расчет потребляемой мощности, производится по формуле:

Pо = 1,5 х Sс х So = 1,5 х 4 5х 100 = 6750Вт (6,75 кВт.)

Внимание! Данная формула может быть применена к различному типу магнитного проводника, но с различным коэффициентом: расчетная величина 1,5 применяется к типу магнитопровода П, Ш, для кольцевых сердечников — 1,9, значение 1,7 применяется к сердечникам типа ШЛ, ШП

Расчет количества витков

Количество слоев для каждой обмотки определяем из величины площади сердечника по формуле K = 50 : Sс = 50/45 = 1,11 витка на один Вольт.

Внимание! В данной формуле, также, как и в первой, коэффициент 50 принят для трансформаторов с сердечниками типа П и Ш., для кольцевых сердечников будет равен 35 для, ШЛ и ШП — 40.

Теперь определим величину максимального тока на первичной обмотке по формуле: Imax = P : U = 6750 : 220 = 30,71 А. На основании этих данных можно узнать количество слоев для намотки.
Расчет ведется по формуле Wх =Uх * K. Для вторичной — это будет W₂ = U₂ х K = 60 х 1,11 = 67 витков.

Количество слоев первичной обмотки узнаем, позже т.к. для этого необходимо применить другую формулу. Для регулировки мощности на выходе, от первичной обмотки производится несколько выводо. Количество витков для первичной намотки находим по формуле: W₁ст = (U₁ х W₂): Uст, вит.

• Uст – напряжение на вторичной обмотке.
• U₁ – напряжение первичной обмотки;
• W₂ – количество витков вторичной обмотки;
• W₁ст – количество первичной обмотки определенной ступени.

Но прежде необходимо рассчитать напряжение каждой ступени Uст. Для этого воспользуемся формулой U=P: I, В.

По формуле U = P : I, В. для исходного расчетного трансформатора Р= 6750 Вт, рассчитаем данные для четырех ступеней мощностью 95 А, 110 А, 135 А и 165 А., Подставив данные в формулу, получаем U₁ст₁=6750:95 =71 В, U₁ст₂=61 В, U₁ст₃=50 В, U₁ст₄=41 В.

Далее используем полученные данные для расчета намотки. По формуле W₁ст = (U₁ х W₂): Uст, вит. получаем количество витков для каждой ступени (с округлением в большую сторону) W₁ст₁=(220х67): 71 =208 витка, W₁ст₂ = 242 W₁ст₃ = 295 витка, W1ст4 = 359 витков.

[affegg id=89 next=3]

Прибавив к большему количеству витков значение от 6 %, получим необходимое расчетное общее количество витков первичной обмотки W₁=359+18 = 377.

Наконец, рассчитаем сечение провода на первичной и вторичной обмотках. Для этого делим максимальный ток для каждой намотки на плотность тока. В результате расчета: Sвтор =165 : 3 = 55 мм 2 , Sперв = 11 мм 2 .

В итоге расчета сварочного трансформатора, питающегося от однофазной сети U₁ = 220В, мощностью 6,75кВт. получим:

Железо: П образные штампованные листы трансформаторной стали толщиной 0,5 мм
Тип обмоток — круговые намотанные на каркас; Количество витков W₁ =377 в., W₂ = 67 в.,
Количество регулируемых ступеней — 4. при I_рег — 95 А, 110 А, 135 А и 165 А.
Сечение провода Sвтор = 55 мм 2 , Sперв = 11 мм 2

Выбор диаметра электрода от толщины свариваемого металла и тока

Как было отмечено выше, правильный выбор необходимой мощности сварки зависит от толщины свариваемого металла, чем толще металл, тем больше нужен ток, проводником которого является электрод. Электроды выпускается от 1 до 6 мм (для бытовых аппаратов). Точный подбор типа и диаметра электрода поможет избежать нестабильности дуги и ее колебания по сварочной ванне. От этого могут образоваться раковины (непровар) и увеличенное сечение шва. Качество сварочного шва ухудшается.

Если аппарат приобретён в торговой сети, фирма производитель указывает диаметр электрода от величины тока, если же трансформатор сконструирован своими руками, то можно ориентироваться примерно на таблицу.

[affegg id=89 next=3]

Примерное соотношение толщины металла, диаметра электрода и сварочного тока