На сегодняшний день регулировка тока сварочного аппарата может выполняться различными методами. Однако чаще всего используется метод регулировки тока при помощи предусмотренного на выходе повторной обмотки балластного сопротивления. Данный метод не только надежен и прост в реализации, но и эффективен, так как таким образом можно улучшить внешнюю характеристику трансформаторного аппарата и увеличить крутизну падения. В исключительных случаях подобные сопротивления используются только для того, чтобы исправить жесткую характеристику устройства для сварки.
Сварочный аппарат — одно из самых необходимых устройств в домашней мастерской.
Элементы, которые понадобятся для изготовления регулятора тока сварочного аппарата:
- шнур;
- стальная пружинка;
- нихромовая проволока;
- резисторы;
- переключатель;
- катушка;
- схема регулятора тока сварочного аппарата.
Использование балластного сопротивления в качестве регулятора тока
Схема регулятора тока.
Величина балластного сопротивления для регулятора тока сварки составляет приблизительно 0,001 Ом. Данная величина чаще всего подбирается экспериментальным путем. Для получения балластного сопротивления часто используются сопротивления проволок большой мощности, которые применяются в подъемных приспособлениях и троллейбусах. Также данные элементы используются для отрезки спиралей ТЭНа и элементов высокоомной проволоки большой толщины. Уменьшить ток можно даже при помощи растянутой стальной пружинки для двери. Подобное сопротивление можно включить стационарно или таким образом, чтобы в дальнейшем возможно было сравнительно легко регулировать ток сварки. Один конец данного сопротивления нужно подключить к выходу трансформаторной конструкции, другой конец провода сварки следует оборудовать отдельными приспособлениями для зажима, которые смогут перекидываться по длине спирали сопротивления для выбора необходимого тока.
Можно использовать нихромовую проволоку диаметром 4 мм и длиной 8 м в качестве балластного сопротивления. Проволока может иметь и небольшой диаметр, в таком случае длина тоже должна быть соответствующей. Однако чем меньше длина, тем больше проволока нагревается. Обязательно следует это учитывать.
В качестве балластного сопротивления можно использовать нихромовую проволоку.
Большая часть резисторов из проволок высокой мощности изготавливается в виде открытых спиралей, которые смонтированы на каркас длиной до 0,5 м. В таких случаях в спирали сматываются и проволоки из ТЭНа. Если резисторный элемент, изготовленный из магнитных сплавов, скомпоновать со спиралью или с какими-нибудь элементами из стали, в процессе прохождения значительных токов спираль начнет чрезмерно вибрировать. Следует понимать, что спираль является тем же соленоидом, а существенные токи сварки создают магнитные поля большой мощности. Снизить воздействие вибраций возможно путем растягивания спирали и закрепления ее на прочном основании.
Проволоку можно согнуть и змейкой, чтобы уменьшить размеры изготовленного резисторного элемента. Сечение материала резистора, который проводит ток, нужно подбирать большое, потому что в процессе работы оборудование будет сильно нагреваться. Проволока недостаточной толщины будет сильно раскаляться, однако использовать ее для регулировки тока аппарата для сварки можно достаточно эффективно. Следует понимать, что в процессе нагревания свойства материала могут сильно измениться, потому сложно судить о значении сопротивления подобного резистора из проволоки.
Использование реактивного сопротивления для регулировки тока
Основные части сварочного аппарата.
В промышленных устройствах для сварки регулировка тока при помощи использования активных сопротивлений не пользуется популярностью в связи с громоздкостью и перегревом используемых элементов. Однако достаточно часто применяется реактивное сопротивление — использование дросселя во вторичной цепочке. Дроссели могут иметь различную конструкцию. Часто они объединяются с магнитным проводом трансформаторной конструкции в единое целое. Однако они изготовлены так, что их индуктивность и сопротивление можно регулировать путем перемещения элементов магнитного провода. В данном случае дроссель также будет улучшать процесс горения дуги.
Регулировка тока во второстепенной цепочке трансформаторной конструкции для сварки связана с некоторыми проблемами. Через приспособление для регулировки будут проходить значительные токи, что может привести к громоздкости. Другим недостатком является переключение. Для второстепенной цепочки достаточно сложно подобрать распространенные переключатели подходящей мощности, которые смогут выдерживать ток до 200 А. В цепочке начальной обмотки токи приблизительно в 5 раз меньше, поэтому переключатели для них подобрать довольно просто. Последовательно с начальной обмоткой можно будет включить балластные сопротивления. Однако в данном случае сопротивление резисторных элементов должно быть намного большим, чем в цепочке повторной обмотки.
В качестве источников питания для сварочного аппарата используются специальные аккумуляторы.
Следует знать, что батарейка сопротивлением 8 Ом из нескольких приспособлений ПЭВ-50 100, которые соединены друг с другом параллельно, сможет снизить выходной ток в 2-3 раза. В этом случае все будет зависеть от трансформаторной конструкции. Можно подготовить несколько батареек и смонтировать переключатель. Если в наличии нет переключательного элемента большой мощности, то можно использовать несколько выключателей.
В процессе включения балластного сопротивления в начальной цепочке будет утеряна выгода, которую придаст сопротивление во второстепенной цепочке. Улучшения падающего параметра трансформаторной конструкции не произойдет. Однако при этом к негативным последствиям в горении дуги резисторы, которые включены по высокому напряжению, не приведут. Если трансформаторная конструкция хорошо сваривает без них, то она будет варить и с дополнительным сопротивлением в начальной обмотке.
При работе на холостом ходу трансформаторное устройство потребляет маленький ток, следовательно его обмотка имеет существенное сопротивление. Поэтому 2-5 Ом не будут сказываться на выходном напряжении холостого хода.
Установка дросселя для регулировки тока
Схема сварочного аппарата.
Вместо резисторных элементов, которые могут перегреваться в процессе работы, в цепочку начальной обмотки можно смонтировать реактивное сопротивление — дроссель. Данная схема может использоваться исключительно в том случае, если нет других приспособлений для снижения мощности. Включение подобного сопротивления в цепочку высокого напряжения сильно снизит напряжение холостого хода трансформаторной конструкции. Падение напряжения происходит у регулирующих устройств со сравнительно большим током холостого хода — 2-4 А. В случае небольшого использования тока падения напряжения происходить не будет. Дроссель, который включен в начальную обмотку трансформаторного устройства, приведет к незначительному ухудшению параметров сварки трансформаторной конструкции, однако его все равно можно будет использовать. В данном случае все будет зависеть от свойств используемого трансформаторного устройства. На некоторых устройствах сварки встраивание дросселя в основную цепочку трансформаторной конструкции сказываться не будет.
В качестве дросселя устройства, для того чтобы регулировать ток, можно применить повторную обмотку имеющейся трансформаторной конструкции, которая рассчитывается на выход порядка 40 В. Мощность приспособления должна составлять приблизительно 250-300 Вт. В таком случае ничего изменять не нужно будет. Однако рекомендуется изготовить дроссель самостоятельно. Для этого нужно намотать шнур на каркас от трансформаторной конструкции мощностью 250-300 Вт. Через каждые 50-60 витков нужно делать отводы, которые подключаются к основному переключателю. Для изготовления дросселя подойдет элемент от телевизора.
Как сделать дроссель своими руками?
Дроссель может заменить резисторные элементы.
Дроссель можно изготовить самому и на прямом сердечнике. Это актуально в случае, если имеется прямая катушка с большим количеством витков подходящего шнура. Внутрь катушки надо будет просунуть пакет прямых пластинок из железа от трансформатора. Нужное реактивное сопротивление можно выставить путем подбора толщины пакета. Ориентироваться нужно по сварке трансформаторного устройства.
Пример конструкции: дроссель, который сделан из катушки с 400 витками шнура диаметром 1,4 мм, набивается пакетом железа с сечением 4,5 см². Длина провода равняется длине катушки. В таком случае ток трансформаторного устройства 120 А можно будет уменьшить на 50%. Подобный дроссель может быть изготовлен с регулируемым сопротивлением. Для этого нужно будет изменить глубину вхождения стержня сердечника в катушку. Без данного элемента катушка имеет небольшое сопротивление, однако в случае полного введения в нее стержня сопротивление будет максимальным. Дроссель, который намотан подходящим шнуром, практически не будет нагреваться, но сердечник будет сильно вибрировать. Этот момент нужно учитывать в процессе стяжки и закрепления набора железных пластинок.
Если аккуратно снять корпус со сварочного аппарата, можно увидеть его основные детали.
Для самодельных устройств в процессе намотки обмоток нужно делать отводы и изменять количество витков. Так можно будет контролировать ток. Однако использовать данный метод можно исключительно для подстройки тока, регулировать его в широком диапазоне не получится. Для уменьшения тока в 2-3 раза понадобится сильно увеличить число витков начальной обмотки. В результате произойдет снижение напряжения во второстепенной цепочке. Можно нарастить витки катушек, но это приведет к увеличению расхода шнура, размеров и веса трансформаторной конструкции.
Чтобы выполнять более точную регулировку тока в меньшую сторону, понадобится использовать индуктивность кабеля сварки.
Шнур нужно укладывать кольцами. Однако не следует увлекаться, так как шнур будет сильно греться.
Использование тиристорной и симисторной схемы
С недавних пор начали использоваться тиристорные и симисторные схемы регулировки тока. В процессе подачи на вывод для управления элементом напряжения конкретной величины стабилизатор откроется и быстро пропустит через себя ток. В схеме регулировки тока, функционирующей от изменяемого напряжения, импульсы для управления чаще всего поступают на половине каждого периода. Регулятор будет открываться в конкретные моменты времени, в результате будет обрезаться начало каждого полупериода синусоиды тока и уменьшится суммарная мощность подходящего сигнала электричества.
При работе со сварочным аппаратом необходимо соблюдать меры безопасности.
Ток и напряжение в таком случае не будут иметь формы синусоиды. Подобная схема регулятора позволяет выполнять регулировку мощности в широком диапазоне. Человек, который разбирается в радиоэлектронике, сможет сделать такие схемы. При использовании регуляторов подобного типа процесс горения дуги может ухудшаться. В случае снижения мощности дуга будет гореть отдельными вспышками. В большей части схем тиристорных приспособлений имеются нелинейные шкалы, калибровка будет меняться вместе с изменением напряжения электросети. Ток будет постепенно увеличиваться в процессе работы из-за того, что нагреваются элементы схемы. Чаще всего сильно уменьшается мощность на выходе, даже в случае максимального положения регулятора. Следует знать, что трансформаторные устройства крайне чувствительны к этому. Данный метод регулировки сварочного тока не пользуется популярностью, так как он ненадежен, а реализовать его очень сложно.
Чтобы измерить большой ток, нужно подготовить токоизмерительные клещи. Силу тока можно будет измерять на расстоянии, при этом не надо будет к нему прикасаться. У аппарата есть разводящийся контур, которым будет охватываться кабель с током. Электрическое магнитное поле тока, который протекает в данном шнуре, наведет ток в замкнутом контуре. Его и можно будет измерить.
Регулятор тока сделать своими руками несложно, нужно лишь знать технологию изготовления и учитывать все существующие нюансы.
Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока. В промышленных аппаратах используют разные способы регулировки тока: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов, изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования, применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов. К недостаткам такой регулировки надо отнести сложность конструкции, громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении.
Наиболее оптимальный вариант — еще при намотке вторичной обмотки сделать ее с отводами и, переключая количество витков, изменять ток. Однако использовать такой способ можно для подстройки тока, но не для его регулировки в широких пределах. Кроме того, регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами.
Так, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости, а для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200 А. Другое дело — цепь первичной обмотки, где токи в пять раз меньше.
После долгих поисков путем проб и ошибок был найден оптимальный вариант решения проблемы — широко известный тиристорный регулятор, схема которого изображена на рис.1.
При предельной простоте и доступности элементной базы он прост в управлении, не требует настроек и хорошо зарекомендовал себя в работе — работает не иначе, как "часы".
Регулирование мощности происходит при периодическом отключении на фиксированный промежуток времени первичной обмотки сварочного трансформатора на каждом полупериоде тока. Среднее значение тока при этом уменьшается.
Основные элементы регулятора (тиристоры) включены встречно и параллельно друг другу. Они поочередно открываются импульсами тока, формируемыми транзисторами VT1, VT2. При включении регулятора в сеть оба тиристора закрыты, конденсаторы С1 и С2 начинают заряжаться через переменный резистор R7. Как только напряжение на одном из конденсаторов достигает напряжения лавинного пробоя транзистора, последний открывается, и через него течет ток разряда соединенного с ним конденсатора.
Вслед за транзистором открывается и соответствующий тиристор, который подключает нагрузку к сети. После начала следующего, противоположного по знаку полупериода переменного тока тиристор закрывается, и начинается новый цикл зарядки конденсаторов, но уже в обратной полярности. Теперь открывается второй транзистор, и второй тиристор снова подключает нагрузку к сети.
Изменением сопротивления переменного резистора R7 можно регулировать момент включения тиристоров от начала до конца полупериода, что в свою очередь приводит к изменению общего тока в первичной обмотке сварочного трансформатора Т1. Для увеличения или уменьшения диапазона регулировки можно изменить сопротивление переменного резистора R7 в большую или меньшую сторону соответственно.
Транзисторы VT1, VT2, работающие в лавинном режиме, и резисторы R5, R6, включенные в их базовые цепи, можно заменить динисторами. Аноды динисторов следует соединить с крайними выводами резистора R7, а катоды подключить к резисторам R3 и R4. Если регулятор собрать на динисторах, то лучше использовать приборы типа КН102А.
В качестве VT1, VT2 хорошо зарекомендовали себя транзисторы старого образца типа П416, ГТ308. Вполне реальна замена их более современными маломощными высокочастотными, имеющими близкие параметры.
Переменный резистор типа СП-2, остальные типа МЛТ. Конденсаторы типа МБМ или МБТ на рабочее напряжение не менее 400 В.
Правильно собранный регулятор не требует налаживания. Необходимо лишь убедиться в стабильной работе транзисторов в лавинном режиме (или в стабильном включении динисторов).
Внимание! Устройство имеет гальваническую связь с сетью. Все элементы, включая теплоотводы тиристоров, должны быть изолированы от корпуса.
Наиболее оптимальным является способ ступенчатой регулировки тока, с помощью изменения количества витков, например, подключаясь к отводам, сделанным при намотке вторичной обмотки трансформатора. Однако, этот способ не позволяет производить регулировку тока в широких пределах, поэтому им обычно пользуются для подстройки тока. Помимо прочего, регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами. В этом случае, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что является причиной увеличения ее габаритов. Для вторичной цепи практически не удается подобрать мощные стандартные переключатели, которые бы выдерживали ток величиной до 260 А.
Если сравнить токи в первичной и вторичной обмотках, то оказывается, что в цепи первичной обмотки сила тока в пять раз меньше, чем во вторичной обмотке. Это наталкивает на мысль поместить регулятор сварочного тока в первичную обмотку трансформатора, применив для этой цели тиристоры. На рис. 20 приведена схема регулятора сварочного тока на тиристорах. При предельной простоте и доступности элементной базы этот регулятор прост в управлении и не требует настройки. 
Рис. 1 Принципиальная схема регулятора тока сварочного трансформатора:
VT1, VT2 -П416
VS1, VS2 — Е122-25-3
С1, С2 — 0,1 мкФ 400 В
Регулирование мощности происходит при периодическом отключении на фиксированный промежуток времени первичной обмотки сварочного трансформатора на каждом полупериоде тока. Среднее значение тока при этом уменьшается. Основные элементы регулятора (тиристоры) включены встречно и параллельно друг другу. Они поочередно открываются импульсами тока, формируемыми транзисторами VT1, VT2.
При включении регулятора в сеть оба тиристора закрыты, конденсаторы С1 и С2 начинают заряжаться через переменный резистор R7. Как только напряжение на одном из конденсаторов достигает напряжения лавинного пробоя транзистора, последний открывается, и через него течет ток разряда соединенного с ним конденсатора. Вслед за транзистором открывается и соответствующий тиристор, который подключает нагрузку к сети.
Изменением сопротивления резистора R7 можно регулировать момент включения тиристоров от начала до конца полупериода, что в свою очередь приводит к изменению общего тока в первичной обмотке сварочного трансформатора Т1. Для увеличения или уменьшения диапазона регулировки можно изменить сопротивление переменного резистора R7 в большую или меньшую сторону соответственно.
Транзисторы VT1, VT2, работающие в лавинном режиме, и резисторы R5, R6, включенные в их базовые цепи, можно заменить динисторами (рис. 2)
Рис. 2 Принципиальная схема замены транзистора с резистором на динистор, в схеме регулятора тока сварочного трансформатора.
Aноды динисторов следует соединить с крайними выводами резистора R7, а катоды подключить к резисторам R3 и R4. Если регулятор собрать на динисторах, то лучше использовать приборы типа КН102А.
В качестве VT1, VT2 хорошо зарекомендовали себя транзисторы старого образца типа П416, ГТ308, однако эти транзисторы, при желании, можно заменить современными маломощными высокочастотными транзисторами, имеющими близкие параметры. Переменный резистор типа СП-2, а постоянные резисторы типа МЛТ. Конденсаторы типа МБМ или К73-17 на рабочее напряжение не менее 400 В.
Все детали устройства с помощью навесного монтажа собираются на текстолитовой пластине толщиной 1. 1,5 мм. Устройство имеет гальваническую связь с сетью, поэтому все элементы, включая теплоотводы тиристоров, должны быть изолированы от корпуса.
Правильно собранный регулятор сварочного тока особой наладки не требует, необходимо только убедиться в стабильной работе транзисторов в лавинном режиме или, при использовании динисторов, в стабильном их включении.