Принципова схема заводського зварювального інвертора "Ресанта" (натисніть, щоб збільшити)
Схема інвертора від німецького виробника FUBAG з додатковими функціями (натисніть, щоб збільшити)
Приклад принципової електричної схеми зварювального інвертора самостійного виготовлення(натисніть, щоб збільшити)
Принципова електрична схема інверторного пристрою складається з двох основних частин: силової ділянки та ланцюга керування. Першим елементом силової ділянки схеми є діодний міст. Завдання такого мосту таки полягає в тому, щоб перетворити змінний струм на постійний.
У постійному струмі, перетвореному зі змінного в діодному мосту, можуть виникати імпульси, які потрібно згладжувати. Для цього після діодного моста встановлюється фільтр, що складається з конденсаторів переважно електролітичного типу. Важливо знати, що напруга, яка виходить з діодного моста, приблизно в 1,4 рази більша, ніж його значення на вході. Діоди випрямляча при перетворенні змінного струму на постійний дуже сильно нагріваються, що може серйозно позначитися на їх працездатності.
Щоб захистити їх, а також інші елементи випрямляча від перегріву, у цій частині електричної схеми використовують радіатори. Крім того, на сам діодний міст встановлюється термозапобіжник, завданням якого є відключення електроживлення в тому випадку, якщо діодний міст нагрівся до температури, що перевищує 80-90 градусів.
Високочастотні перешкоди, що створюються під час роботи інверторного пристрою, можуть через його вхід потрапити до електричної мережі. Щоб цього не сталося, перед випрямляючим блоком схеми встановлюється фільтр електромагнітної сумісності. Складається такий фільтр із дроселя та кількох конденсаторів.
Сам інвертор, який перетворює вже постійний струм на змінний, але має значно вищу частоту, збирається з транзисторів за схемою «косий міст». Частота перемикання транзисторів, за рахунок яких відбувається формування змінного струму, може становити десятки або сотні кілогерц. Отриманий у такий спосіб високочастотний змінний струм має амплітуду прямокутної форми.
Отримати на виході пристрою струм достатньої сили для того, щоб можна було з його допомогою ефективно виконувати зварювальні роботи, дозволяє трансформатор, що понижує напругу, встановлений за інверторним блоком. Для того, щоб отримати за допомогою інверторного апарату постійний струм, після понижуючого трансформатора підключають потужний випрямляч, також зібраний на діодному мосту.
Елементи захисту інвертора та управління ним
Уникнути впливу негативних чинників працювати інвертора дозволяють кілька елементів у його принципової електричної схеми.
Для того щоб транзистори, які перетворюють постійний струм на змінний, не згоріли в процесі своєї роботи, використовуються спеціальні демпфуючі (RC) ланцюги. Всі блоки електричної схеми, які працюють під великим навантаженням і сильно нагріваються, не тільки забезпечені примусовим охолодженням, але також підключені до термодатчиків, що їх живлення відключають у тому випадку, якщо температура їх нагріву перевищила критичне значення.
Через те, що конденсатори фільтра після своєї зарядки можуть видавати струм великої сили, який може спалити транзистори інвертора, апарату необхідно забезпечити плавний пуск. Для цього використовують стабілізаторні пристрої.
У схемі будь-якого інвертора є ШІМ-контролер, який відповідає за керування всіма елементами електричної схеми. Від ШИМ-контролера електричні сигнали надходять на польовий транзистор, А від нього - на розділовий трансформатор, що має одночасно дві вихідні обмотки. ШИМ-контролер за допомогою інших елементів електричної схеми також подає керуючі сигнали на силові діоди та силові транзисториінверторний блок. Для того, щоб контролер міг ефективно керувати всіма елементами електричної схеми інвертора, на нього також необхідно подавати електричні сигнали.
Для вироблення таких сигналів використовується операційний посилювачна вхід якого подається формований в інверторі вихідний струм. При розбіжності значень останнього із заданими параметрами операційний підсилювач і формує сигнал на контролер. Крім того, на операційний підсилювач надходять сигнали всіх захисних контурів. Це необхідно для того, щоб він зміг відключити інвертор від електроживлення у той момент, коли в його електричній схемі виникне критична ситуація.
Переваги та недоліки зварювальних апаратів інверторного типу
Апарати, які прийшли на зміну звичним усім трансформаторам, мають низку вагомих переваг.
- Завдяки зовсім іншому підходу до формування та регулювання зварювального струму маса таких пристроїв складає всього 5-12 кг, тоді як зварювальні трансформатори важать 18-35 кг.
- Інвертори мають дуже високий ККД (близько 90%). Це пояснюється тим, що в них витрачається значно менше зайвої енергії на нагрівання складових частин. Зварювальні трансформатори, на відміну інверторних пристроїв, дуже сильно гріються.
- Інвертори завдяки такому високому ККД споживають у 2 рази менше електричної енергіїніж звичайні трансформатори для зварювання.
- Висока універсальність інверторних апаратів пояснюється можливістю регулювати з допомогою зварювальний струм у межах. Завдяки цьому один і той самий пристрій можна використовувати для зварювання деталей з різних металів, а також для його виконання за різними технологіями.
- Більшість сучасних моделей інверторів наділені опціями, які мінімізують вплив помилок зварювальника на технологічний процес. До таких опцій, зокрема, відносяться "Антизалипання" та "Форсування дуги" (швидке розпалювання).
- Виняткова стабільність напруги, що подається на зварювальну дугу забезпечується за рахунок автоматичних елементів електричної схеми інвертора. Автоматика в даному випадку не лише враховує та згладжує перепади вхідної напруги, а й коригує навіть такі перешкоди, як загасання зварювальної дуги через сильний вітер.
- Зварювання з використанням інверторного обладнання може виконуватись електродами будь-якого типу.
- Деякі моделі сучасних зварювальних інверторів мають функцію програмування, що дозволяє точно та оперативно налаштовувати їх режими під час виконання робіт певного типу.
Як у будь-яких складних технічних пристроїв, У зварювальних інверторів є і ряд недоліків, про які також необхідно знати.
- Інвертори відрізняються високою вартістю, що на 20–50% перевищує вартість звичайних зварювальних трансформаторів.
- Найбільш уразливими і часто виходять із ладу елементами інверторних пристроїв є транзистори, вартість яких може становити до 60% ціни всього апарату. Відповідно, є досить дорогим заходом.
- Інвертори через складність їхньої принципової електричної схеми не рекомендується використовувати в поганих погодних умовах і при негативних температурах, що серйозно обмежує сферу їх застосування. Для того щоб застосовувати такий пристрій польових умовах, необхідно підготувати спеціальний закритий та опалювальний майданчик.
При зварювальних роботах, що виконуються з використанням інвертора, не можна використовувати довгі дроти, так як у них наводяться перешкоди, що негативно відбиваються на роботі пристрою. З цієї причини дроти для інверторів роблять досить короткими (близько 2 метрів), що вносить у зварювальні роботи деяку незручність.
(голосів: 9
, Середня оцінка: 4,00
із 5)
Типова конструкція зварювального апарату для електродугового зварювання включає дві основні частини: джерело живлення, куди надходить напруга від мережі і зварювальний вузол. зварювальний вузол, у свою чергу, складається з тримача, самого електрода та нульового дроту.
Коли електрод короткочасно стосується місця майбутнього з'єднання, тут проскакує іскра (виникає пробою) в зазорі з повітря. Із цього і починається, безпосередньо, зварювання. Зварювальник повинен встигнути прибрати розігрітий кінець, щоб той не прилип до металевої поверхні. Одночасно потрібно утримувати таку мінімальну відстань між електродом і металом, яка дозволяє зберегти електричну дугу.
Електрична дуга- це досить тривалий електричний розряд, що виникає між областю майбутнього зварного шва та кінцем електрода. Область зварювання ще називають дуговою зоною. На катодній ділянці утворюється температура понад 30000С. При цьому різниця потенціалів залишається порівняно невеликою, всього 20 – 25 Ст.
Під час утворення дуги спочатку відбувається пробій повітряного проміжку електронами. Після, в частки секунди відбувається стабілізація процесу в проміжку дуги. Далі настає іонізація електронами молекул газу, у результаті з'являється іонна провідність. Горіння дуги стабілізується за допомогою обмазки електродів, що плавиться і випаровується.
Під час зварювання під впливом високої температури електрод починає плавитися. На кінці з'являється крапля з розплавленого металу: вона відривається і падає на металеву поверхню деталі. На метал переноситься не більше 95% загальної маси електрода, решта звертається до пар і бризки. , діаметр електрода, довжина дуги та інші фактори - впливають на швидкість утворення крапель та їх розмір. Оболонка, якою покриті електроди, утворює шлак для приховування крапель металу. В результаті краплі металу, проходячи через дугу, не замикають дуговий проміжок.
Порядок роботи типового зварювального трансформатора та схема його підключення
Головне джерело живлення всієї системи зварювання. З його допомогою знижується мережна однофазна напруга з 220В до робочого значення для зварювання близько 50 - 80В. Нестандартні умови роботи вимагають від трансформатора найбільшої віддачі потужності під час зварювальних робіт. Конструкція зварювального трансформатора передбачає проходження ним великих струмів.
Для поліпшення технічних характеристикзварювального апарату використовують додаткові пристрої:
- Для покращення стійкості дуги застосовують баластовий опір. Воно виготовляється з ніхромового дроту, що володіє хорошим. питомим опором. Допускається розташування електрода з меншою точністю до металу;
- Для стабільної роботи апарату від змінної напругизастосовують дросель. При цьому значно збільшується вага зварювального апарату та застосування можливе, в основному, лише у стаціонарних умовах;
- Випрямлення з допомогою діодних мостів. Зварювальна дуга при постійному струмі горить стабільніше, якість швів вища.
20 років тому на прохання товариша збирав йому надійний зварювальник для роботи від мережі 220 вольт. До цього у нього були проблеми з сусідами через просідання напруги: був потрібний економний режим з регулюванням струму.
Після вивчення теми у довідниках та обговорення питання з колегами підготував електричну схему управління на тиристорах, змонтував її.
У цій статті на основі особистого досвідурозповідаю, як зібрав та налаштував зварювальний апарат постійного струму своїми руками на базі саморобного тороїдального трансформатора. Вона вийшла у вигляді невеликої інструкції.
Схема та робочі ескізи в мене залишилися, але фотографії навести не можу: цифрових апаратів тоді не було, а товариш переїхав.
Універсальні можливості та завдання
Товаришу був потрібен апарат для зварювання та різання труб, куточків, листів різної товщиниіз можливістю роботи електродами 3÷5 мм. Про зварювальні інвертори на той час не знали.
Зупинилися на конструкції постійного струму як більш універсальної, що забезпечує якісні шви.
Тиристорами прибрали негативну напівхвилю, створивши пульсуючий струм, але згладжування піків до ідеального стану займатися не стали.
Схема управління вихідним струмом зварювання дозволяє регулювати його величину від невеликих значень для зварювання до 160-200 ампер, необхідних при різанні електродами. Вона:
- виготовлена на платі з товстого гетинаксу;
- закрита діелектричним кожухом;
- змонтована на корпусі з виведенням рукоятки регулювального потенціометра.
Вага та габарити зварювального апарату порівняно із заводською моделлю вийшли меншими. Розмістили його на невеликому візку з коліщатками. Для зміни місця роботи одна людина вільно перекочувала його без особливих зусиль.
Провід живлення через подовжувач підключали до вхідного електричного щитка, а шланги для зварювання просто намотували на корпус.
Проста конструкція зварювального апарата постійного струму
За принципом монтажу можна виділити такі частини:
- саморобний трансформатор для зварювання;
- ланцюг його живлення від мережі 220;
- вихідні зварювальні шланги;
- силовий блок тиристорного регулятораструму з електронною схемоюкерування від імпульсної обмотки.
Імпульсна обмотка III розташована в силовій зоні II і підключається через конденсатор С. Амплітуда і тривалість імпульсів залежать від співвідношення числа витків в ємності.
Як зробити найзручніший трансформатор для зварювання: практичні поради
Теоретично можна використати будь-яку модель трансформатора для живлення зварювального апарату. Головні вимоги щодо нього:
- забезпечувати напругу запалювання дуги на холостому ході;
- надійно витримувати струм навантаження під час зварювання без перегріву ізоляції від тривалої роботи;
- відповідати вимогам електричної безпеки.
Насправді мені зустрічалися різні конструкціїсаморобних чи заводських трансформаторів. Проте, всі вони вимагають проведення електротехнічного розрахунку.
Я вже давно користуюся спрощеною методикою, що дозволяє створювати досить надійні конструкції трансформатора середнього класу точності. Цього цілком достатньо для побутових цілей та блоків живлення радіоаматорських пристроїв.
Вона описана у мене на сайті у статті Це усереднена технологія. Вона не потребує уточнення сортів та характеристик електротехнічної сталі. Ми їх зазвичай не знаємо та врахувати не можемо.
Особливості виготовлення сердечника
Умільці роблять магнітопровід з електротехнічної сталі всіляких профілів: прямокутного, тороїдального, здвоєного прямокутного. Навіть мотають витки дроту навколо статорів згорілих потужних асинхронних електродвигунів.
У нас була можливість користуватися списаним високовольтним обладнанням з демонтованими трансформаторами струму та напруги. Взяли від них смуги електротехнічної сталі, зробили з них два кільця - бублик. Площа поперечного перерізу кожного за розрахунками становила 47,3 см2.
Їх ізолювали лакотиканням, скріпили бавовняною стрічкою, утворивши фігуру вісімки, що лежить.
Зверху посиленого ізоляційного шару стали мотати провід.
Секрети обмотки живлення
Провід для будь-якого ланцюга має бути з гарною, міцною ізоляцією, розрахованою на тривалу роботу при нагріванні. Інакше під час зварювання вона просто згорить. Ми виходили із того, що було під рукою.
Нам дістався провід із ізоляцією лаком, закритою зверху тканинною оболонкою. Його діаметр - 1,71 мм замалий, але метал - мідь.
Оскільки іншого дроту просто не було, то стали обмотку живлення робити з нього двома паралельними магістралями: W1 та W'1 з однаковим числом витків – 210.
Бублики сердечника монтували щільно: так вони мають менші габарити та вагу. Однак, прохідний переріз для проведення обмоток також обмежений. Монтаж утруднений. Тому кожну напівобмотку живлення рознесли на свої кільця магнітопроводу.
У такий спосіб ми:
- удвічі збільшили поперечний переріз дроту обмотки живлення;
- заощадили місце усередині бубликів для розміщення силової обмотки.
Вирівнювання дроту
Отримати щільну намотування можна лише з добре вирівняної жили. Коли ми знімали дріт зі старого трансформатора, то він вийшов викривленим.
Прикинули в думці необхідну довжину. Звісно ж її не вистачило. Кожну обмотку довелося робити з двох частин і зрощувати гвинтовим затиском прямо на бубліці.
Провід розтягли на вулиці по всій довжині. Взяли до рук пасатижі. Затиснули ними протилежні кінці і потягли з силою у різні боки. Жила вийшла добре вирівняною. Скрутили її каблучкою з діаметром близько метра.
Технологія намотування дроту на тор
Для обмотки живлення ми використовували метод намотування ободом або колесом, коли з дроту робиться кільце великого діаметру і заводиться всередину тора обертанням по одному витку.
Цей же принцип використовується при надяганні кільця, наприклад, на ключ або брелок. Після того, як колесо заведено всередину бублика, його починають поступово розкручувати, укладаючи і фіксуючи провід.
Цей процес добре показав Олексій Молодецький у своєму відеоролику «Намотка тора на обід».
Ця робота важка, копітка, вимагає посидючості та уваги. Провід треба щільно укладати, рахувати, контролювати процес заповнення внутрішньої порожнини, вести запис намотаної кількості витків.
Як мотати силову обмотку
Для неї ми знайшли мідний провід відповідного перерізу - 21 мм2. Прикинули довжину. Вона впливає на кількість витків, а від них залежить напруга холостого ходу, необхідна для гарного запалення електричної дуги.
Зробили 48 витків із середнім висновком. Разом вийшло на бублику три кінці:
- середній – для прямого підключення «плюсу» до зварювального електрода;
- крайні – на тиристори і після них на масу.
Оскільки бублики скріплені і вже по краях кілець змонтовані обмотки живлення, то намотування силової ланцюга виконували методом «човника». Вирівняний дріт склали змійкою та просовували для кожного витка через отвори бубликів.
Відпаювання середньої точки виконали гвинтовим з'єднанням з його ізоляцією лакотканню.
Надійна схема управління зварювальним струмом
У роботі беруть участь три блоки:
- стабілізованої напруги;
- формування високочастотних імпульсів;
- поділу імпульсів на ланцюги керуючих електродів тиристорів.
Стабілізація напруги
Від обмотки живлення трансформатора 220 вольт підключений додатковий трансформатор з напругою на виході 30 В. Воно випрямляється діодним мостом на основі Д226Д і стабілізується двома стабілітронами Д814В.
В принципі тут може працювати будь-який блок живлення з аналогічними електричними характеристиками струму та напруги на виході.
Імпульсний блок
Стабілізована напруга згладжується конденсатором С1 і подається на імпульсний трансформатор через два біполярні транзистори прямої та зворотної полярності КТ315 і КТ203А.
Транзистори генерують імпульси первинну обмотку Тр2. Це імпульсний трансформатор тороїдального типу. Він виконаний на пермале, хоча можна використовувати і феритове кільце.
Намотування трьох обмоток проводилося одночасно трьома відрізками дроту діаметром 0,2 мм. Зроблено по 50 витків. Полярність їхнього включення має значення. Вона показана крапками на схемі. Напруга на кожному вихідному ланцюзі близько 4 вольт.
Обмотки II та III включені в ланцюг керування силовими тиристорами VS1, VS2. Їхній струм обмежується резисторами R7 і R8, а частина гармоніки обрізається діодами VD7, VD8. Зовнішній виглядімпульсів ми перевірили осцилографом.
У цьому ланцюжку резистори треба підбирати під напругу імпульсного генератора так, щоб його струм надійно керував роботою кожного тиристора.
Струм відмикання 200 мА, а напруга, що відпирає - 3,5 вольта.
Зварювання – відповідальний та потенційно небезпечний процес, при виконанні якого потрібно враховувати безліч факторів, дотримуватись технології та правил безпеки. Неправильне підключення зварювального апарату 380 Вт – причина різких стрибків напруги, що призводить до виходу з ладу побутових приладів, «прилипання» електрода та нещасних випадків.
Вимоги до проводки та розеток
За принципом дії зварювальний апарат – це перетворювач струму на зварювальну дугу. Діапазон робочого струму (потужність обладнання) – основна характеристика приладу, що його визначає технічні характеристики. Вона має відповідати можливостям електромережі будівлі. Щоб це визначити, напруга в мережі множать на гранично допустиме значення струму (вказується на автоматі вступного щитка). Порівнюють отримане значення з даними техпаспорті устаткування.
Від побутової розетки на 220 В можна запитати лише інверторний прилад, який є досконалішим апаратом з багатьма налаштуваннями та параметрами безпеки. При цьому вона повинна бути з вбудованим запобіжником або автовимикачем. У старих будинках проводка розрахована на максимальний струм 10 А, а при пуску приладу відбувається стрибок до 40 А – у таких будинках потрібно приєднуватися до щитка.
Трансформаторний пристрій, який призначений для роботи від 380 В, підключають тільки через електрощиток. При "слабкій" проводці рекомендується використовувати бензогенератор.
Послідовність підключення агрегату
Загальна схема підключення виконується у наступній послідовності:
- Провести необхідні розрахунки та переконатися, що підключення обладнання для зварювальних робіт до мережі будівлі допустиме.
- Перевірити автомати та стан пробок, переконатися у відсутності «жучків».
- Виставити значення робочої напруги, необхідного для проведення конкретних робіт залежно від складності, обсягу та виду металу. Налаштування регулює положення сердечника трансформатора.
- Перевести перемикач апарата в положення 220 або 380 В.
- При можливості приєднання на 220 В вставити вилку в розетку.
- Для підключення зварювального апарату в мережу 380В два живильні кінці подаються на «фазу», третій – на «нуль». Рекомендується використовувати промислову розетку та відповідну вилку.
Використання подовжувачів
Максимальна довжина шнура апарату - трохи більше 2,5 м, щодо великих робіт її бракує. У такому разі для підключення зварювального агрегату дозволено застосування подовжувача. При його виборі потрібно дотримуватися таких вимог:
- перетин дроту має відповідати правилу: 1 кв. мм на кожні 8 А;
- загальна довжина проводу живлення- Не більше 10 м.
Під час роботи кабель повинен бути повністю розгорнутий, що запобігатиме його перегріванню та утворенню індуктивного опору. Потрібно уникати проміжних з'єднань через них відбуваються великі втрати струму. Категорично виключено застосування пошкоджених дротів.
Дотримання вимог та стандартів при підключенні гарантує подальше безпечне та ефективне використання обладнання.
Сьогодні важко собі уявити зведення та створення різних металевих конструкційбез застосування зварювальних трансформаторів. Висока надійність з'єднань конструкцій та простота виконання робіт дозволила зварювальному апарату міцно зайняти своє місце в арсеналі будь-якого будівельника. Придбати такий трансформатор можна у будь-якому будівельному магазині. Але не завжди заводська модель може відповідати певним запитам та вимогам. Тому багато хто намагається зробити трансформатор для зварювання самостійно. Виготовлення саморобного зварювального трансформатора відбувається в кілька етапів, починаючи з розрахунків і закінчуючи монтажем.
Для розуміння всього процесу виготовлення трансформатора для зварювання своїми руками необхідно розібратися в принципі його роботи, який полягає у перетворенні напруги 220 Вольт на нижчу напругу до 80 Вольт. При цьому сила струму зростає з 1,5 ампер до 160 - 200 ампер, а в промислових до 1000 ампер. Ця залежність для зварювального трансформатора ще називається знижувальною вольтамперною характеристикою і є однією з основних характеристик апарату. Саме на підставі цієї залежності побудовано всю конструкцію зварювального трансформатора і виконуються всі необхідні розрахунки, а також створено різні моделі зварювальних апаратів.
Види саморобних трансформаторів для зварювання
З моменту відкриття явища електричної дуги та створення першого зварювального апарату минуло понад двісті років. Протягом цього часу зварювальний трансформатор і способи зварювання вдосконалювалися. На сьогоднішній день можна побачити кілька різних конструкційзварювальних апаратів, різної складності та принципу дії. Серед них найбільш популярними для виготовлення своїми руками є зварювальний трансформатор контактного зварюваннята для дугової.
Найбільшого поширення серед народних умільців набули трансформатори дугового зварювання. Причин такої популярності є кілька. По-перше, проста та надійна конструкція апарату. По-друге, широкий спектр застосування. По-третє, простота та мобільність. Але крім описаних вище переваг, ручне дугове зварювання має ряд недоліків, серед яких основними є низький ККД та залежність якості зварювального шва від навички зварювальника.
Ручне дугове зварювання найчастіше широко застосовується для різних ремонтно-будівельних робіт, виготовлення металевих конструкцій та частин конструкцій, зварювання труб. За допомогою дугового зварювання можливе як різання, так і зварювання металу різної товщини.
Конструкція таких трансформаторів є досить простою. Апарат складається із самого трансформатора, регулятора сили струму, тримача для електродів та затиску маси. Окремо варто виділити центральний елемент- Трансформатор. Його конструкція може бути декількох видів, але найбільш популярними є саморобні зварювальні трансформатори з тороїдальним та П-подібним магнітопроводом. Навколо магнітопроводу розташовані дві обмотки мідного або алюмінієвого дроту - первинна та вторинна. Залежно від робочих характеристик змінюється товщина дроту на обмотках, і навіть кількість витків.
Цей вид зварювання ще називають контактним, і зварювальні трансформатори контактного зварювання дещо відрізняється від апаратів дугового зварювання. Ключова відмінність полягає у способі зварювання. Так якщо при дуговому зварюванні плавлення відбувається за допомогою електричної дуги, що виникає між електродом і поверхнею, що зварюється, то в контактному зварюванні виконується точковий нагрівання місця зварювання електрикою за допомогою двох заточених мідних електродів і впливом високого тискудля з'єднання. В результаті метал заготовок у точці дії розплавляється та зливається.
Точкове зварювання знайшло широке застосування в автомобільній промисловості, у будівництві при створенні каркасу з арматури для ЗБ конструкцій, зварювання тонких листів з алюмінію, нержавіючої сталі, міді та інших металів, що вимагають спеціальних умов для зварювання.
Конструкція трансформаторів для точкового зварюваннятакож має певні відмінності. По-перше, це стосується відсутності наплавлюваних електродів. Натомість використовуються загострені мідні контакти, між якими розташовуються елементи, що зварюються. По-друге, трансформатори в таких апаратах менш потужні та виконані з П-подібним сердечником. По-третє, контактні зварювальні апарати мають у своїй конструкції набір конденсаторів, що для дугового зварювання зовсім необов'язково.
Але незалежно від того, плануєте Ви робити трансформатор дугового зварювання або контактного, необхідно знати їх робочі характеристики. І розуміти, за що відповідає кожна з них і як можна змінити ту чи іншу характеристику.
Роботу зварювального трансформатора визначають його робочі характеристики. Знаючи та розуміючи, за що відповідає та чи інша характеристика, можна без особливих проблем виконати розрахунок зварювального трансформатора та зібрати апарат своїми руками.
Напруга мережі та кількість фаз
Ця характеристика вказує на напругу мережі, від якої буде зварювальний трансформатор. Найчастіше саморобні зварювальні трансформатори розраховані на напругу 220 В, але іноді це може бути і 380 В. При виконанні розрахунків і створенні схеми цей параметр є одним з основних.
Номінальний зварювальний струм трансформатора
Ця характеристика є основною для будь-якого зварювального трансформатора. Від величини номінального зварювального струму залежить можливість зварювання та різання металевої заготовки. У саморобних і побутових зварювальних трансформаторах значення номінального струму не перевищує 200 А. Але цього більш ніж достатньо, тим більше що вищий цей показник, тим вища вага самого трансформатора. Наприклад у промислових зварювальних трансформаторах зварювальний струм може досягати 1000 А, а вага таких апаратів буде більше 300 кг.
Межі регулювання зварювального струму
При зварюванні металу різної товщини необхідна певна сила струму, інакше метал не розплавиться. Для цього у конструкції зварювальних трансформаторів передбачено регулятор. Найчастіше межі регулювання встановлюються з потреби використання електродів певного діаметра. Для саморобних зварювальних апаратів дугового зварювання межі регулювання коливаються від 50 до 200 А. Для зварювальних трансформаторів контактного зварювання межі регулювання починаються від 800 до 1000 і більше.
Діаметр електрода
Щоб зварити метал різної товщини, використовуючи той самий апарат дугового зварювання, доводиться регулювати номінальний зварювальний струм, а також використовувати електроди різного діаметра. Необхідно чітко розуміти, що зварювання тонкими електродами потрібна низька сила струму, а товстіших - навпаки, велика. Те саме стосується і товщини металу. У наведеній нижче таблиці вказані зведені дані діаметрів використовуваних електродів залежно від товщини металу і сили струму трансформатора.
Важливо! Для трансформаторів контактного зварювання діаметр електродів також важливий. Але при цьому використовуються два параметри – діаметр самого електрода та діаметр його конусоподібної частини.
Номінальна робоча напруга
Як ми вже знаємо, зварювальний трансформатор працює на зниження вхідної напруги до нижчого значення. Напруження на виході називається номінальною і не перевищує 80 Вольт. Для зварювальних трансформаторів дугового зварювання діапазон номінальної напруги знаходиться в межах 30 – 70 Вольт. Причому ця характеристика не регульована і спочатку задається. Трансформатори для точкового зварювання, на відміну від дугових, мають ще нижчу номінальну напругу близько 1,5 - 2 Вольти. Такі показники цілком закономірні, враховуючи зв'язок між напругою та силою струму. Чим вищою має бути сила струму, тим менша напруга.
Номінальний режим роботи
Ця робоча характеристика є одним із ключових. Номінальний режим роботи свідчить про те, скільки часу можна працювати безперервно і скільки потрібно давати йому охолонути. У саморобних зварювальних трансформаторів номінальний режим перебуває у межах 30 %. Тобто з 10 хвилин 3 можна варити безперервно та 7 хвилин залишати на відпочинок.
Потужність споживана та вихідна
По суті, ці два показники мало на що впливають. Але знаючи обидва ці показники, можна розрахувати ККД зварювального трансформатора. Чим менша різниця між споживаною та вихідною потужністю, тим краще. Необхідно відзначити, що при виконанні розрахунків значення споживаної потужності необхідно знати та враховувати.
Напруга холостого ходу
Цей показник є важливим для дугових зварювальних трансформаторів. Він відповідає за появу дуги. Що цей показник, то легше можна викликати зварювальну дугу. Але напруга холостого ходу обмежена правилами безпеки та не повинна перевищувати 80 Вольт.
Схема зварювального трансформатора
Створюючи трансформатор для зварювання своїми руками, не обійтись без нього принципової схеми. По суті особливих складнощів у цьому немає, тим більше, що пристрій самого трансформатора досить простий. На наведеній нижче схемі зображено найпростіший дуговий зварювальний трансформатор.
Важливо! Тим, хто погано розбирається або зовсім не розбирається в електричних схемах, слід спочатку ознайомитися з ГОСТ 21.614 «Зображення умовні графічні електроустаткування та проводок в оригіналі». І лише потім переходити до створення схеми для зварювального трансформатора.
З розвитком електротехніки та технологій схема зварювального трансформатора вдосконалювалася. Сьогодні в саморобних апаратах для зварювання можна побачити діодні мости та різні регулятори сили зварювального струму. На наведеній схемі дугового зварювального трансформатора видно, як інтегрований в неї діодний міст.
Важливо! Найбільшу популярність серед саморобних дугових зварювальних трансформаторів має тороїдальний. Такий апарат має прекрасні робочі характеристики, які на порядок вищі, ніж у трансформаторів з П-подібним сердечником. Це стосується насамперед високого ККД та номінальної сили струму, що вигідно позначається на загальній вазі апарату.
На відміну від описаних вище, схема трансформатора для точкового зварювання більш складна і може включати конденсатори, тиристори і діоди. Таке наповнення дозволяє більш тонко регулювати силу струму та час контактного зварювання. Зразкову схему трансформатора для контактного зварювання можна побачити нижче.
Крім наведених схем зварювальних апаратів є й інші. Знайти їх не складе особливих труднощів. Вони розміщені як в інтернеті, так і в різних журналах і книгах про електротехніку. Обзавівшись схемою, що найбільш сподобалася, можна приступати до розрахунків і складання зварювального трансформатора.
Як було описано, трансформатор складається з сердечника і двох обмоток. Саме ці елементи конструкції відповідають за основні робочі характеристики трансформатора для зварювання. Знаючи заздалегідь, якими мають бути номінальна сила струму, напруга на первинній та вторинній обмотках, а також інші параметри, виконується розрахунок для обмоток, сердечника та перерізу дроту.
Під час виконання розрахунків трансформатора для зварювання за основу беруться такі дані:
- напруга первинної обмотки U1. По суті, це напруга мережі, від якої працюватиме трансформатор. Може бути 220 або 380 В;
- номінальна напруга вторинної обмотки U2. Напруга електрики, яка має бути після зниження вхідного і не перевищує 80 В. Потрібна для збудження дуги;
- номінальна сила струму вторинної обмотки I. Цей параметр вибирається з розрахунку, якими електродами вестиметься зварювання та якої максимальної товщини метал можна буде зварити;
- площа перерізу сердечника Sс. Від площі осердя залежить надійність роботи апарату. Оптимальною вважається площа перерізу від 45 до 55 см2;
- площа вікна So. Площа вікна сердечника вибирається з розрахунку хорошого магнітного розсіювання, відведення надлишку тепла та зручності намотування дроту. Оптимальними є параметри від 80 до 110 см2;
- густина струму в обмотці (A/мм2). Це досить важливий параметр, що відповідає за втрати в обмотках трансформатора. Для саморобних зварювальних трансформаторів цей показник становить 2,5 – 3 А.
Як приклад розрахунків візьмемо такі параметри для зварювального трансформатора: напруга мережі U1=220 В, напруга вторинної обмотки U2=60 В, номінальна сила струму 180 А, площа перерізу сердечника Sс=45 см2, площа вікна So=100 см2, щільність струму обмотці 3 А.
P = 1,5 * Sс * So = 1,5 * 45 * 100 = 6750 Вт або 6,75 кВт.
Важливо! У цій формулі коефіцієнт 1,5 застосовний для трансформаторів із сердечником типу П, Ш. Для тороїдальних трансформаторів цей коефіцієнт дорівнює 1,9, а для сердечників типу ПЛ, ШЛ 1,7.
Важливо! Також як і в першій формулі, коефіцієнт 50 використаний для трансформаторів з сердечником типу П, Ш. Для тороїдальних трансформаторів він дорівнюватиме 35, а для сердечників типу ПЛ, ШЛ 40.
Тепер виконуємо розрахунок максимальної сили струму на первинній обмотці за формулою: Imax = P/U = 6750/220 = 30,7 А. Залишилося виходячи з отриманих даних виконати розрахунок витків.
Для розрахунку витків використовуємо формулу Wх = Uх * K. Для вторинної обмотки це буде W2 = U2 * K = 60 * 1,11 = 67 витків. Для первинної розрахунок виконаємо трохи згодом, оскільки там застосовується інша формула. Досить часто, особливо для тороїдальних трансформаторів, виконується розрахунок щаблів регулювання сили струму. Це робиться для виведення дроту на певному витку. Виконується розрахунок за такою формулою: W1ст = (220 * W2) / Uст.
Uст – вихідна напруга вторинної обмотки.
W2 – витки вторинної обмотки.
W1ст - витки первинної обмотки певного ступеня.
Але спочатку необхідно розрахувати напругу кожного ступеня Uст. Для цього скористаємося формулою U=P/I. Наприклад, нам необхідно зробити чотири ступені з регулюванням на 90 А, 100 А, 130 А і 160 А для нашого трансформатора потужністю 6750 Вт. Підставивши дані у формулу, отримаємо U1ст1=75, U1ст2=67,5, U1ст3=52, U1ст4=42,2 В.
Отримані значення підставляємо у форму розрахунку витків для ступенів регулювання та отримуємо W1ст1=197 витків, W1ст2=219 витків, W1ст3=284 витка, W1ст4=350 витків. Додавши до максимального значення отриманих витків для 4-го ступеня ще 5%, отримаємо реальну кількість витків – 385 витків.
Насамкінець розраховуємо перетин дроту на первинній та вторинній обмотках. Для цього ділимо максимальний струм кожної обмотки на щільність струму. В результаті отримаємо Sперв = 11 мм2 і Sвтор = 60 мм2.
Важливо! Розрахунок трансформатора контактного зварювання виконується аналогічним чином. Але є низка суттєвих відмінностей. Справа в тому, що номінальна сила струму вторинної обмотки для таких трансформаторів близько 2000 – 5000 А для малопотужних та до 150 000 А для потужних. Крім таких трансформаторів регулювання робиться до 8 ступенів з використанням конденсаторів і діодного мосту.
Монтаж зварювального трансформатора
Маючи на руках усі розрахунки та схему, можна приступати до збирання трансформатора. Всі роботи будуть не стільки складними, скільки ретельними, оскільки доведеться рахувати кількість витків і не збиватися з рахунку. Незважаючи на те, що найбільшою популярністю серед саморобних апаратівкористується тороїдальний трансформатор для зварювання, розглянемо монтаж на прикладі трансформатора з П-подібним сердечником. Цей тип трансформаторів дещо простіше у складанні на відміну від тороїдального та другий за популярністю серед саморобок.
Роботи починаємо з створення каркасів для обмоток. Для цього використовуємо текстолітові пластини. Цей матеріал використовується для створення штампованих плат. З пластин вирізаємо деталі для двох коробів. Кожен короб складатиметься з двох верхніх кришок із прорізами для чотирьох стінок. Площа внутрішніх прорізів буде відповідати площі перерізу осердя з невеликим збільшенням для стінок короба. Приклад того, як мають виглядати частини короба, можна побачити на фото.
Зібравши каркаси для обмоток, ізолюємо їх термостійкою ізоляцією.. Після чого починаємо мотати обмотки.
Провід для обмоток бажано брати з термостійкою скляною ізоляцією. Це, звичайно, буде дещо дорожче порівняно із звичайною проводкою, але в результаті не буде головного болю щодо можливого перегріву та пробою в обмотках. Після того, як намотали один шар проводки, ізолюємо його і тільки після цього починаємо мотати наступний. Не забуваймо робити відводи на певній кількості мотків. На завершення створення обмоток намотуємо шар верхньої ізоляції. На кінцях відводів закріплюємо мідні болти.
Важливо! Перш ніж встановити та закріпити болти на кінцях проводів, протягуємо останні крізь додаткові отвори, прорізані у верхній пластині каркасу з текстоліту.
Тепер приступаємо до складання та шихтування магнітопроводу зварювального трансформатора.. Для нього використовується залізо, створене спеціально для цього. Метал має певні показники магнітної індукції, і не підходяща марка може зіпсувати все. Металеві пластини для осердя можна зняти зі старих трансформаторів або купити окремо. Самі пластини мають товщину близько 1 мм, і складання всього сердечника вимагатиме лише терплячого з'єднання всіх пластин у єдине ціле. Після завершення слід перевірити всі обмотки тестером щодо помилок.
По завершенню складання трансформатора робимо діодний містта встановлюємо регулятор сили струму. Для діодного мосту використовуємо діоди типу В200 чи KBPC5010. Кожен діод розрахований на 50 А, тому для зварювального трансформатора з номінальною силою струму 180 А потрібно 4 таких діода. Всі діоди закріплюються до алюмінієвого радіатора і підключаються паралельно з дроселем відводів з обмоток. Залишилось лише зібрати корпуста помістити туди зварювальний трансформатор.
Хороший зварювальний трансформатор своїми руками може не вийти з першого разу. Причин тому безліч, починаючи з помилок у розрахунках та закінчуючи відсутністю досвіду складання та монтажу електроустаткування. Але все приходить із досвідом, і один-два рази перемотавши обмотки трансформатора, можна отримати бажаний результат.
