Виготовлення дроселя для зварювального апарату своїми руками

Понижуючий трансформатор є основою найпростішого зварювального апарату. Більш складним є зварювальний апарат, у якого на виході є випрямляч, який змінну напругу перетворює у постійну. Такі зварювальні апарати називають випрямлячами.

Трансформатори бувають трьох видів: тороидальний, стрижневий і броньовий, відмінності між ними можна побачити на малюнку вище.

Найскладнішим є зварювальний апарат, що перетворює вхідну частоту мережі живлення 50 Гц спочатку в постійну напругу, як у випрямлячів, з подальшим перетворенням його в змінну, частота якого вимірюється вже кілогерц. Це інвертор.

Зробити своїми руками інвертор під силу тільки тому, хто добре розбирається в радіоелектроніці і в використовуваної там елементній базі. Для цього фахівця не потрібно пояснювати, для чого потрібен дросель і де його місце в схемі. А непідготовленій людині доцільно пояснити, що таке трансформатор і випрямляч до нього.

Розрахунок перерізу проводів первинної обмотки трансформатора

Схема пристрою зварювального трансформатора.

Теорія трансформаторів складна тим, що вона заснована на законах електромагнітної індукції та інших явищ магнетизму. Однак, не використовуючи складний математичний апарат, можна пояснити, як працює трансформатор і чи можна його зібрати самостійно.

Вручну трансформатор можна намотати на металевому сердечнику, зібраному з пластин трансформаторної сталі. Простіше виконати намотування на стрижневий або броньовий сердечник, ніж на тороидальний. Відразу ж слід звернути увагу, що на зображенні добре видно різницю в товщині проводів: тонкий провід розташований безпосередньо на осерді, і в ньому явно видно більшу кількість витків. Це первинна обмотка. Більш товстий провід і з меншою кількістю витків - це вторинна обмотка.

Не враховуючи втрати потужності всередині трансформатора, розрахуємо, яким повинен бути струм I₁ в його первинній обмотці. Ідеальне напруга мережі одно U = 220 В. Знаючи споживану потужність, наприклад, P = 5 кВт, маємо:

I₁ = Р: U = 5000: 220 = 22,7 А.

По струму в первинній обмотці трансформатора визначаємо діаметр проводу. Щільність струму для побутового зварювального трансформатора повинна бути не більше 5 А / мм² перетину дроту. Отже, для первинної обмотки потрібно провід перетином S₁= 22,7: 5 = 4,54 мм².

За перетину проводу визначаємо квадрат, його діаметр d без урахування ізоляції:

d²= 4S / = 4 4,54 / 3,14 = 5,78.

Витягуючи корінь квадратний, отримуємо d = 2,4 мм. Ці розрахунки виконані для мідних жил проводу. При намотуванні проводів з алюмінієвим осердям отриманий результат необхідно збільшити в 1,6-1,7 рази.

Для первинної обмотки застосовують мідний дріт, ізоляція якого повинна добре витримувати високі температури. Це стеклотканевая або бавовняна ізоляція. Підійде гумова і резинотканевая ізоляція. Провід, що мають ПВХ ізоляцію, застосовувати не слід.

Розрахунок перерізу проводів вторинної обмотки трансформатора

Схема трансформатора з первинної та вторинної обмоткою.

Напруга на виході трансформатора зварювального апарату за відсутності зварювальної дуги (режим холостого ходу) зазвичай становить 60-80 В. Чим вище напруга холостого ходу, тим надійніше запалюється дуга. Напруга ж зварювальної дуги зазвичай в 1,8-2,5 рази менше, ніж напруга холостого ходу.

Увага. Про те, що під час відсутності дуги напруга на виході трансформатора небезпечно для життя, необхідно памятати постійно.

Для зварювання в побуті зазвичай використовують електрод діаметром 3 мм, якому досить забезпечити струм дуги приблизно в 150 А. При напрузі холостого ходу, що дорівнює 70 В, напруга дуги дорівнюватиме приблизно 25 В, і споживана потужність Р зварювального апарату повинна бути не менше

Р = 25 150 = 3750 Вт = 3,75 кВт.

Доцільно розраховувати трансформатор на велику потужність, тобто більший струм зварювальної дуги. Наприклад, при струмі дуги в 200 А споживана потужність складе приблизно 5 кВт. Ось на таку потужність і слід розрахувати трансформатор.

Напруга однофазної мережі в будинку повинно бути рівним 220 В, але воно може змінюватися на ± 22 В. Це одна з причин, через яку може змінюватися струм дуги і потрібно його регулювати.

Перетин дроту у вторинній обмотці трансформатора визначають виходячи з щільності струму, яка дорівнює 5 А / мм². Для струму в 200 А перетин дроту дорівнює 40 мм², тобто це може бути тільки шина, яку намотують з пошаровим ізолюванням. За існуючими типовими розмірами можна підібрати необхідну шину і по довжині, і по поперечному перерізі.

Типові розміри мідних шин, що випускаються промисловістю:

Схема виготовлення зварювального дроселя

довжина від 0,5 до 4 м з інтервалом 0,5 м;
ширина від 2 до 60 см з інтервалом 1 см (при ширині від 4 до 10 см) і з інтервалом 5 см (при ширині від 10 до 60 см);
товщина від 3 до 10 мм.

Можна скористатися і багатожильним проводом, перетин якого відповідає розрахованим значенням. Для збільшення перетину провід можна скласти вдвічі або втричі. Для алюмінієвого проводу переріз необхідно збільшити в 1,6-1,7 рази.

Для дроселя, який включають на виході трансформатора, перетин дроту повинно бути таким же, як і у вторинній обмотці трансформатора.

Випрямляч для зварювального апарату

Електрична схема випрямляча зварювального апарату.

Для зварювання на постійному струмі до вихідної обмотки трансформатора необхідно приєднати перетворювач змінного струму в постійний. Такий пристрій називають випрямлячем, тому і зварювальний апарат з цим пристроєм називають випрямлячем.

Верхній графік являє синусоїдальна напруга на виході вторинної обмотки трансформатора. Горизонтальна вісь t - це вісь часу. Часовий інтервал між нульовими значеннями напруги визначають періодом коливань. Він складається з позитивного і негативного напівперіодів.

Видно, що струм не постійний, а пульсуючий. Зменшити пульсацію можна тільки шляхом збільшення ємності конденсатора.

Для регулювання струму дуги дросель необхідно включити між виходом трансформатора і крапкою 3 випрямляча.

Способи регулювання струму зварювальної дуги

Розглянемо один із способів регулювання струму зварювальної дуги, заснований на застосуванні дроселя у вторинній обмотці трансформатора. Регулюють струм дуги шляхом зміни повітряного зазору, передбаченого в осерді, на якому виконана намотування шини.

Розглянемо три режими, в якому може перебувати трансформатор.

Схема холостого ходу і короткого замикання трансформатора.

Режим холостого ходу. Змінна напруга подано на вхід трансформатора. У вторинній обмотці індукується ЕРС, але струм у вихідному ланцюзі відсутній.
Режим навантаження. В результаті запалювання дуги вона замикає вихідний ланцюг, що складається з вторинної обмотки трансформатора і обмотки дроселя. Протікає струм, величина якого визначається індуктивним опором цих обмоток. Якби не було дроселя, то струм був би максимальним. Ступінь впливу залежить від розмірів повітряного зазору в стрижні, на який намотана обмотка.
Режим короткого замикання. Це момент торкання електродом зварювальних частин заготовки. В осерді трансформатора створюється змінний магнітний потік, і у вторинній обмотці індукується ЕРС. Струм в ланцюзі визначається величиною індуктивного опору дроселя і вторинної обмотки трансформатора.

При збільшенні зазору опір зростає. Це призводить до зменшення магнітного потоку і, відповідно, до зменшення індуктивного опору котушки дроселя і загального опору ланцюжка. Струм дуги зростає. Такий спосіб дозволяє плавно регулювати струм.

Схема трансформатора в зборі.

Однак рухома система має той недолік, що в результаті вібрації металу при проходженні по котушці змінного струму вона стає дуже надійною.

Можна, жертвуючи плавністю регулювання, робити її ступінчастою. Для цього необхідно зробити дросель так, щоб в муздрамтеатрі не було повітряного зазору. У процесі намотування через певну кількість витків необхідно робити відводи. У цьому варіанті струм можна регулювати поступово, через контакти, які необхідно робити потужними в розрахунку на проходження струму в сотні ампер.

Існує ще одна причина, по якій необхідно включення дроселя для створення умов нормальної ручного зварювання.

Характеристику залежності напруги дуги від її струму називають падаючої. Недосвідченому зварнику доведеться повірити, що така залежність корисна при зварюванні, якщо важко витримувати незмінне відстань між електродом і зварюваних частинами. Щоб забезпечити таку характеристику, індуктивного опору тільки вторинної обмотки трансформатора недостатньо. Безпосереднє завдання дроселя для зварювального апарату - додати відсутню опір.

Як зробити дросель і намотати його правильно?

Для намотування котушки дроселя можна скористатися магнитопроводом серії UI. У таблиці 1 наведені розміри, відповідні максимальним значенням параметрів а і b.

Таблиця 1.

Найменування	a, мм	b, мм	c, мм	d, мм	e, мм	f, мм	h, мм	i, мм	k1, мм	k2, мм	Отвори, мм
UI 90	90	120	90	30	30	30	7,8	60	15	105	4
UI 120	120	160	120	40	40	40	11,0	80	20	140	4

Перш ніж робити намотування, необхідно ізолювати ярмо. У процесі намотування її напрямок не змінюють. Черговий шар ізолюють від попереднього бавовняної ізоляцією. Можна використовувати склотканина або картон, призначений для ізоляції. Ізоляційну прокладку просочують бакелітовим лаком. Якщо під час намотування роблять висновки, то їх слід відразу ж маркувати.

Ступінчасто регулювати струм зварювальної дуги можна шляхом включення на виході навантажувального провідникові у вигляді спіралі з ніхрому, з періодичними відводами. Однак цей метод незручний через можливе великого нагріву нитки (навіть до червоного).

Для плавного регулювання створюють рухомі обмотки трансформатора. Змінюючи відстань між первинною і вторинною обмоткою, змінюють величину магнітного потоку і, отже, опір у вторинній обмотці трансформатора.