Напряжение холостого хода сварочного трансформатора

Общие вопросы изготовления сварочных трансформаторов

Заказать сварочный трансформатор

В современной литературе можно встретить немало материала по сварочному делу. В последние годы ряд статей, посвященных усовершенствованию и расчету элементов сварочных трансформаторов . 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, сварочный трансформатор состоит из первичной и вторичной (возможно с отводами) обмоток, намотанных на крупном магнитопроводе из трансформаторного железа. От обычного трансформатора сварочный 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 такой трансформатор от однофазной сети 220-240 В. Выходное напряжение вторичной обмотки в режиме холостого хода (х.х.) (когда к выходу не подключена нагрузка ) у самодельных сварочников 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 сварочного трансформатора 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 трансформатора. От выходного тока сварочного трансформатора зависят выбор диаметра используемых электродов и оптимальная толщина свариваемого металла.
Наиболее распространенными являются электроды со стальными прутьями 3 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 3 мм через первичную обмотку трансформатора 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, сврочный трансформатор 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 2 мм необходим ток 40-80 А (чаще 50-70 А). Ими можно аккуратно сваривать тонкую сталь толщиной 1-2 мм. Электроды 4 мм хорошо работают при токе 150-200 А. Более высокие токи используют для малораспространенных (05-6 мм) электродов и резки металла.
Кроме мощности, важным свойством сварочного трансформатора 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 трансформатора 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 трансформатора: при изменении длины дуги резко меняется и рабочий ток, что меняет режим сварки — в результате дуга горит нестабильно, шов получается некачественным, работать с такимсварочным аппаратом вручную тяжело или вообще невозможно. Для ручной дуговой сварки необходима крутопадающая динамическая характеристика трансформатора. 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 сварочных трансформаторов, вряд ли представляется возможным. Поэтому на практике их делят на такие, которые сваривают лучше и которые работают хуже. Когда трансформатор 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 трансформаторов реально пригодны для ручной дуговой сварки.

Режим работы сварочного трансформатора

Режим работы сварочного трансформатора можно охарактеризовать как кратковременный повторяющийся. В реальных условиях после сваривания, как правило, следуют монтажные, сборочные и другие работы. Поэтому трансформатор после работы в дуговом режиме имеет какое-то время для охлаждения в режиме холостого хода. В дуговом режиме сварочный трансформатор интенсивно нагревается, а в режиме холостого хода охлаждается, но намного медленнее. Хуже ситуация, когда трансформатор 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 аппарат. 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 сварочный трансформатор может работать в дуговом режиме не более 20% общего времени, остальные 80% он должен находится в режимехолостого хода. Для большинства самодельных конструкций ПР следует принимать еще меньше. Интенсивным же режимом работы трнасформатора будем считать такой, когда время горения дуги того же порядка, что и время перерывов.
Самодельные сварочные трансформаторы выполняют по разным схемам: на П- и Ш-образных магнито-проводах или тороидальные, с различными комбинациями расположения обмоток. Схема изготовления трансформатора и количество витков будущих обмоток главным образом определяются имеющимся в распоряжении магнитопроводом. В дальнейшем в статье будут рассмотрены реальные схемы самодельных трансформаторови, материалы для них. Сейчас же определим, какие обмоточные и изоляционные материалы нам понадобятся.

Учитывая высокие мощности, для обмотоки трансформаторов применяют относительно толстый провод. Развивая во время работы значительные токи, любой сварочник 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 трансформатора. 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 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 трансформатор нагреется до температуры 60° С уже после использования 2-х-3-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. таблицу). 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 1,6-2,4 мм в простой лаковой изоляции. 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 трансформатора 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 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 сварочных трансформаторов. 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 1,6-2,5 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 0,5-0,8 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 20-30 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 сварочных трансформаторов 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 изоленту можно исключить сразу из применения на греющихся участках трансформатора. 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.

Читайте также:  Станок для изготовления стружки

И наконец, самый важный элемент любого трансформатора — магнитопровод. Как правило, для самоделок используются магнитопроводы старых электроприборов, которые до того ничего общего с сварочным трансформатором 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 трансформатора 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, наилучшие характеристики при средней мощности, 30 см2.
Существуют стандартные методики расчета параметров магнитопровода и обмоток для схем сварочников промышленного изготовления. Однако для самоделок эти методики практически не пригодны. Дело в том, что расчет согласно стандартной методике ведется для заданной мощности трансформатора, 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 сварочных трансформаторов 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 сварочного трансформатора 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 . Для расчета трансформаторов, предназначенных для сварки 3-4 мм электродами 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 трансформаторов с большой площадью магнитопровода (более 50 см2) и относительно высоким КПД можно рекомендовать увеличить количество рассчитанных по формуле витков на 10-20%. Для трансформаторов, изготавливаемых на сердечниках с небольшой площадью (меньше 30 см), возможно придется, наоборот, уменьшить на 10-20% количество расчетных витков. Кроме того, полезная мощность 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 трансформатора. 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 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 сварочного трансформатора более высоких мощностей, например для работы 4 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 можно также несколько повысить увеличением количества витков вторичной обмотки, чтобы выходное напряжение холостого хода повысилось с предполагаемых 50 В до более высоких значений (70-80 В).

Включив первичную обмотку в сеть, надо измерить токхолостого хода, он не должен иметь большое знание (0,1-2 А). (При включении сварочного трансформатора в сеть происходит кратковременный, но мощный скачок тока). В общем по току холостого хода. нельзя судить о выходной мощности тр: он может быть разным даже для одинаковых типов трансформаторов. Однако, исследовав кривую зависимости тока холостого хода от питающего сварочник напряжения, можно более уверенно судить о свойствах трансформатора. Для этого первичную обмотку необходимо подключить через ЛАТР, что позволит плавно менять напряжение на ней от 0 до 250 В. Вольт-амперные характеристики трансформтора в режиме холостого хода при различных количествах витков первичной обмотки показаны на рисунке, где 1 — обмотка содержит мало витков; 2 — трансформатор работает при максимальной своей мощности; 3, 4 — умеренная мощность . Сначала кривая тока полая, 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, чтосварочный трансформатор, включенный на тоже напряжение без ЛАТРа, будет потреблять ток примерно на 30% больше). Если точка рабочего напряжения лежит на изгибе кривой, тотрансформатор 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 холостого хода: большинство самоделок ориентированы на этот случай. Реально токи холостого хода различны для разных типов сварочных трансформаторов: большинство лежит в интервале 100-500 мА. Я не рекомендую устанавливать ток холостого хода более 2 А.

Читайте также:  Оборудование для производства керамзитобетонных блоков

Опасным в электросети считается напряжении свыше 36 вольт. Вторичное напряжение холостого хода сварочных трансформаторов достигает 80 вольт и при проведении электросварочных работ сварщик может получить электротравму а в сырых помещениях и с летальным исходом.

Вторичное напряжение холостого хода в процессе сварки снижается по крутопадающей нагрузочной характеристике.
Использование средств первичной защиты при производстве сварочных работ, в виде резиновых перчаток и бот создают дополнительные неудобства и не всегда защищают от поражения электротоком.

Применение сварочных аппаратов с низким напряжением вторичной цепи приведёт к неустойчивому зажиганию сварочной дуги, длительность времени зажигания не менее 20 мсек – не ниже времени соприкосновения сварочного электрода с изделием. Практически все заводские сварочные трансформаторы имеют напряжение холостого хода в пределах 80 вольт и рабочее напряжение в 36-46 вольт переменного тока при максимальном токе сварочной дуги.
Использование стационарных устройств по снижению напряжения холостого хода сварочных аппаратов в переносном варианте невозможно по ряду причин : большие габариты и вес, обязательное вторичное заземление, сбои в работе от нечёткого включения при применении релейной коммутации.

Цели устройства:
Снизить вторичное напряжение сварочного аппарата возможно простыми методами:
1. Установить в первичную цепь резистор – реостат с плавной регулировкой сопротивления. Недостаток такого устройства – большие габариты и потери электроэнергии на нагрев сопротивления, невозможность автоматически поддерживать напряжение вторичной цепи в заданных приделах.
2. Избавиться от тепловых потерь можно вторым методом – питанием первичной обмотки через разделительный конденсатор, недостаток такого включения состоит в том, что при определённых условиях создаётся резонанс напряжений и их почти двукратный рост на конденсаторе и обмотках трансформатора.
Это может привести к выходу из строя этих элементов и даже возгоранию.
3.Третий способ снижения напряжения холостого хода прост по реализации, но требует дополнительных затрат на выполнение схемы ограничения холостого хода сварочного аппарата, позволяет поддерживать вторичное напряжение на безопасном уровне сколько угодно длительное время, автоматически, почти мгновенно, зажигает дугу при любом состоянии поверхности свариваемого металла.

Характеристики устройства:
Напряжение электросети -220/380 В.
Мощность сварочного аппарата – не ограничена.
Сварочный ток – не ограничен.
Напряжение холостого хода сварочной цепи – 16-36 Вольт переменного тока.
Напряжение зажигания сварочной дуги -80 -120 вольт.
Время зажигания сварочной дуги 8-16 мсек.
Частота сети 50 Гц.
Экономия электроэнергии при ПВ 30% до 62 %.
Регулировка тока 36%.

Цели использования устройства:
1) защита персонала при производстве сварочных работах в опасных промышленных и бытовых условиях
2) снижение напряжения сварочной цепи до допустимых пределов
3) ограничение загрузки электросети токами холостого хода
4) понижение температуры сварочного трансформатора при работе
5) улучшение качества сварки за счёт возможного регулирования сварочного тока и устойчивого зажигания дуги
6) экономия электроэнергии расходуемой агрегатом на холостой ход.

Принцип работы устройства заключается в предварительном ограничении напряжения холостого хода сварочной цепи, автоматического, устойчивого, зажигания сварочной дуги, путём кратковременной подачи повышенного напряжения в сварочную цепь и поддержание сварочного тока в установленных приделах.

Схема устройства ограничения холостого хода сварочного аппарата состоит из бюджетного силового сварочного трансформатора Т 3 (Рис.1) с цепями защиты FU1 и коммутации SA1 первичной цепи и элементов вторичной цепи – диодного моста VD 7, дросселя L 1 и конденсатора фильтра C7.
В разрыв первичной цепи сварочного трансформатора включен мощный симистор VS1 с цепями защиты от помех С6, R15.

Во вторичной цепи сварочного трансформатора Т3 установлен трансформатор тока Т2 для снятия сигнала обратной связи, необходимого для запуска схемы и регулировки сварочного тока.
Для гальванического развязки схемы блока управления от опасного воздействия электросети, питание электронной схемы выполнено через силовой трансформатор Т1, а управление симистором VS1 происходит через динисторную оптопару DA2 включенную в коллекторную цепь усилителя на транзисторе VT2. Светодиодный индикатор HL1 указывает на рабочее состояние устройства.

Программируемый аналоговый таймер на микросхеме DA1 позволяет установить необходимые режимы работы устройства по времени.
Входной усилитель сигнала обратной связи на транзисторе VT1 позволяет предварительно усилить слабый сигнал до уровня достаточного для переключения таймера в рабочий режим, с отработкой функций – ограничения напряжения холостого хода, импульсного зажигания сварочной электродуги и установки рабочего тока в зависимости от сечения сварочного электрода.

При прохождении сварочного тока на обмотке (1) трансформатора тока Т2 возникает небольшое напряжение, которое после выпрямления диодным мостом VD4 сглаживается конденсатором С4 и стабилизируется на уровне трёх вольт стабилизатором VD3. C установочного резистора R7 через обратный диод VD2 напряжение обратной связи поступает на вход предварительного усилителя на транзисторе VT1. Коэффициент усиления зависит от свойств транзистора и номиналов резисторов R1,R2,R3. Начальное напряжение на коллекторе величиной в 2/3 Uп запрещает запуск таймера DA1, а при наличии входного сигнала обратной связи транзистор VT1 мгновенно переключается и напряжение на коллекторе снижается до 1/3 Uп, что создаёт условия для запуска таймера. Конденсатор С2 улучшает условия переключения и задерживает отключение на доли секунды при разрыве сварочного электрода, защищая от потери дуги.

Низкий уровень на входе 2DA1 нижнего компаратора таймера находящегося в состоянии ждущего мультивибратора разрешает его работу и на выходе (3) появляется высокий уровень.
Ждущий мультивибратор на таймере начинает генерировать на выходе импульс прямоугольного напряжения длительностью Т1=1,1 (R4+R5) C1, по окончанию этого процесса и по достижению напряжения на конденсаторе величины 2/3U срабатывает верхний компаратор по входу (6) DA1, выход микросхемы переключается в нулевое состояние, внутренний транзистор таймера откроется и разрядит конденсатор С1 со временем Т2= С1R6. При наличии сигнала обратной связи процесс генерирования прямоугольных импульсов продолжится.

Питание микросхемы и предварительного усилителя выполнено от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD1 и ограничительном резисторе R8.
Импульсы положительной полярности через резистор R9 с выхода 3 DA1 таймера поступают на базу VT2 усилителя на транзисторе, а резисторами R7 устанавливается напряжение холостого хода вторичной обмотки сварочного трансформатора.
Транзистор VT2 с частотой определённой параметрами внешних элементов таймера DA1 через оптопару DA2 открывает симистор VS1 в обеих полярностях переменного тока сети.

Радиодетали в схеме установлены заводского исполнения: резисторы МЛТ -0,125 или С-29 -0,12, резистор R16 мощностью не менее двух ватт. Конденсаторы типа КМ и К50. Транзисторы обратной проводимости с коэффициентом усиления не менее В -100 типа КТ315 и КТ815Б соответственно со схемой. Вместо таймера DA1 можно установить аналог серии 555 или 7555.

Тип применяемого симистора зависит от сварочного трансформатора. Трансформатор тока Т2 типа ТК 20 -100 / 5.
Трансформатор питания Т1 – ТПП -112 на напряжение 8-10 вольт и ток не менее 100 мА, мощностью 8-15 ватт.
Плата устройства ограничения холостого хода сварочного трансформатора установлена в корпусе соответствующего размера, отдельно размещен трансформатор тока Т2, возможен вариант установки устройства вне корпуса сварочного аппарата.

Читайте также:  Алмазные сверла для керамогранита

Наладку устройства начинают с контроля напряжения на резисторе R8. Верхний вывод резистора R7 предварительно от схемы отключить. Резистором R5 при временно замкнутых выводах 2,6 DA1 установить вторичное напряжение сварочного трансформатора не ниже 16 вольт и не выше 36 вольт в зависимости от условий эксплуатации. Далее замкнув сварочную цепь электродом диаметром 3 мм установить резистором R7 момент переключения таймера DA1 по повышению яркости контрольного светодиода HL1 и по появлению полного напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т3. Резистором R4 выполняется регулирование сварочного тока в небольших пределах. Схема устройства выполнена на плате размерами 140 * 35 мм из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.

Литература:
1.С.Замковой. Ограничитель напряжения сварочного трансформатора. "Радио" №8,1984 г. стр.55-56.

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

Принцип действия сварочного трансформатора

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

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

Устройство и классификация трансформаторов, применяемых в сварочных аппаратах

Любой трансформатор для сваривания металлических различных элементов состоит из:

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

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

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

Назначение сварочного трансформатора

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

Сварочные трансформаторы переменного тока

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

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

Сварочные трансформаторы постоянного тока

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

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

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

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

Сварочный трансформатор ВДМ

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

Как рассчитать сварочный трансформатор

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

Существует два вида сердечника:

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

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

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

P = U2 × I2 × cos (φ) / η

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

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

Pдл = U2 × I2 × (ПР/100)1/2 × 0.001

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

Намотка сварочного трансформатора

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

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

N1 = 7440 × U1/(Sиз × I2)

С разнесенными обмотками (рисунок ниже, б):

N1 = 4960 × U1/(Sиз × I2)

Sиз — измеренное сечение магнитопровода (см2)

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

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

Улучшение сварочного трансформатора

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

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