0

Схема сварочного аппарата постоянного тока

Самодельный аппарат: трансформатор

Основой любой схемы сварочного устройства является понижающий нормальное напряжение (с 220 В до 45-80 В) трансформатор. Он работает в специальном дуговом режиме с максимальной мощностью. Такие трансформаторы просто обязаны выдерживать очень большие токи номиналом около 200 А. Их характеристики должны согласовываться, ВАХ трансформатора непременно должна всецело соответствовать специальным требованиям, иначе ее нельзя применить для режима дуговой сварки.

Сварочные аппараты (их конструкции) сильно разнятся. Разнообразие сварочных самодельных трансформаторов огромно, ведь в конструкциях очень много поистине уникальных решений. Помимо этого, самодельные трансформаторы очень просты: в них отсутствуют дополнительные устройства, предназначенные для непосредственной регулировки тока конструкции, которая протекает:

Конструкция самодельного сварочного полуавтомата.

  • с помощью узкоспециализированных регуляторов;
  • путем переключения некоторого числа витков катушек.

Трансформатор в основном состоит из таких элементов:

  1. Магнитопровод металлический. Выполняется путем набора пластин из трансформаторной стали.
  2. Обмотки: первичная (сетевая) и вторичная (рабочая). Они бывают с выводами для регулировки (путем переключения) или для схемы устройства.

При расчете трансформатора на необходимый ток, варку производят, как правило, сразу с рабочей обмотки, не навешивая схем и разнообразных элементов ограничения и регулировки. Первичную обмотку необходимо выполнять с клеммами, отводами. Они служат для увеличения-уменьшения тока (например, поднастроить трансформатор при малом напряжении сети).

Главная часть любого трансформатора — его магнитопровод. При изготовлении самодельных разработок применяют магнитопроводы со списанных статоров электродвигателей, старых телевизионных и силовых трансформаторов. Поэтому и существует огромное разнообразие разработанных народными умельцами различных магнитопроводов для таких устройств.

Параметры (основные):

Сварочный трансформатор на бaзe широко распространённого ЛАТР2 (а).

  • размеры магнитопровода;
  • обмотки — число витков;
  • уровень напряжений на входе-выходе;
  • I п — ток потребляемый;
  • I max — ток максимальный выходной.

Характеристики дополнительные просто невозможно оценить или измерить дома, даже с помощью приборов. Но как раз они и определяют годность трансформатора аппарата для формирования качественного шва при питании в режиме сварки руками.

Это напрямую зависит от того, как трансформатор «держит ток» и называется внешняя ВАХ (ВВАХ) питания.

ВВАХ — зависимость потенциалов (U) на разъемах и тока сварки, который меняется от нагрузочных свойств трансформатора и от электрической дуги.

Для сварки руками применяют лишь крутопадающую характеристику, а в автоматах используют пологоспадающую и жесткую.

Сварочный аппарат: дуговая характеристика

Дуга — электроразряд, протекающий несколько минут между электродом (плюсовым или фазным выводом) и массой (вывод минусовой). Помещенный в эту зону металл разогревается и плавится. При возникновении дуги возникает пробой газа межэлектронной области, а при стабилизации дугового процесса появится проводимость ионов. Стабилизатором нормальной дуги считается верхний слой электрода, так называемая обмазка, улетучивающаяся при сварке.

В процессе соединения металлов электродом, под воздействием высоких температур, осуществляется непосредственное расплавление металла с последующим формированием капли, а затем ее перенос с электрода на конструкцию. Возникновение, формирование и диаметр капель, а также скорость их появления, в основном зависят от длины электродуги, параметров электрода и силы тока.

Если система работает нормально, металл наваривается ровно, а дуга стабильна, то все выполнено прекрасно. Если нет, то ВАХ системы жесткая. Это исправляется включением балластного резистора номиналом меньше 1 Ом (часть проволоки нихромовой). Такой резистор ограничит I max трансформатора (ток максимальный) и выправит его ВА характеристику.

Так возможно получить хорошие результаты протекания нормальной дуги при ручной сварке. Улучшения крутизны ВА характеристики можно добиться, увеличив холостой ход (выходное напряжение) за счет снижения КПД системы.

Динамическая характеристика

Принципиальная электрическая схема мостового выпрямителя сварочного аппарата.

Еще один полезный технический параметр, характеризующий работу устройства — динамическая характеристика (ДХ) вашего блока питания, который должен обладать быстрой реакцией на изменения электропараметров дуги (тока, напряжения). Это зависит от времени восстановления напряжения от нулевых показаний в режиме короткого замыкания до напряжения повторного появления дуги.

Это время и есть ДХ блока питания. Оно не должно быть более 25 Вольт/0,05 секунд. Эта ДХ сказывается при замыкании раскаленного металла на деталь, в момент перехода трансформатора в короткозамкнутый режим. При этом сила тока КЗ в обмотке вторичной может достигать двойной величины, а сварочные аппараты для сварки руками, из-за такого соотношения, могут иметь отрицательный фактор.

Для устойчивого горения сварочной дуги важное свойство имеет так называемая эластичность дуги. Она продолжает гореть при увеличении ее длины. Эластичность дуги величина количественная, ее критерием является ее максимальная длина, при которой дуга способна существовать.

Дуга возгорается только при достижении нужного напряжения в начальном полупериоде. Дуга тока переменного гаснет и зажигается 100 раз/сек отдельными вспышками. Это возможно изменить потенциалом холостого хода и сдвигом фаз между потенциалом холостого хода и дуговым током. Уменьшить паузы длительности горения электродуги можно, увеличив потенциал холостого хода.

Но не рекомендуется (из-за электробезопасности) увеличивать его больше 80 В. Это решается применением схемотехники, например, включив дросселя, создающие сдвиг фаз напряжения и тока. Электродуга, после доработки поддерживаемая самоиндукцией, может и не прерываться.

Возможные детали и расчеты

Схема инверторного сварочного аппарата.

При постоянном потенциале электродуга отличается высокой стабильностью и качеством швов. Постоянный ток в самодельных аппаратах возникает при применении выпрямителей большой мощности. Например, выполненных с помощью диодов с током на 200 А — В-200.

Их большие размеры и обязательное применение радиаторов для эффективной теплоотдачи обуславливают параметры конструкции. Возможно, а даже в некоторых случаях и лучше, если вы примените специальный диодный мост. Тем более что их можно запараллелить, увеличив тем самым выходной ток.

Кривая формы напряжения сглаживается «электролитом» 10000 мкф или более, подключаемым через резистор. Он необходим для предотвращения возникновения КЗ в момент возгорания дуги, при касании электродом свариваемых деталей.

Особенностью расчетов является то, что, собирая самодельный аппарат своими руками, приходится все параметры подстраивать под имеющиеся в наличии детали, которые очень часто не самого лучшего качества. Например, применяют магнитопровод от слабого трансформатора или используют статор старого проржавевшего двигателя.

Все это сказывается на качестве сварки. Но, несмотря на это, многие умельцы создают поистине уникальные самодельные аппараты, которые имеют мягкое зажигание электродуги, сваривают детали с тонкими стенками и почти не разбрызгивают кусочки металла.

Принципиальная схема

Пакет трансформаторного железа (магнитопровод).

Исходя из вышесказанного, были испробованы разные конструкции, с транзисторным и тиристорным управлением, которые привели к настоящей схеме.

Оказалось, что более надежны тиристоры. Они легко выдерживают любое замыкание на выходе и быстро выходят из этого состояния. Им не нужен мощный радиатор, так как тепловыделение намного меньше. Транзисторы быстро выходят из строя при перегрузке и очень капризны к подбору параметров.

Схема не оригинальна, как может показаться. Но она отличается простотой и надежностью, легкодоступностью деталей и быстротой наладки. Это конвертор, собранный из элементов «совкового» телевизора. Его данные таковы:

  • регулировка — плавная;
  • ток — постоянный.

При сваривании 3-миллиметровой стали электродом калибра 3 мм, ток потребления составляет порядка 10 А, а напряжение сварки получают путем нажатия кнопки на вилке удерживающей электрод. Это помогает:

  1. Повысить безопасность, ведь при отжатии кнопки напряжение на нем отсутствует.
  2. Работать с повышенным напряжением возникновения дуги, обеспечивающим ее горение.
  3. При включении напряжения обратной полярности появляется возможность сварки очень тонких деталей.

Работа схемы сварки:

Блок – схема сварочного инвертора.

  1. Мост сетевой VD1-VD4 выпрямляет переменный потенциал сети.
  2. Ток начинает течь по контактам лампы HL1, стоящей в качестве индикатора всего процесса, заряжая «электролит» С5. HL1 также ограничивает ток заряда устройства. Как только она погаснет, можно сваривать детали.
  3. При начале зарядки С5, происходит зарядка батареи конденсаторов С6-С17 через контур дросселя L1. Светодиод HL2 светится и показывает, что на аппарат поступает напряжение сети. Но сварки не происходит — тиристор VS1 закрыт. На его управляющем выводе нет потенциала.
  4. При включении кнопки SB1 напряжение идет на генератор импульсов с частотой 25 кГц, который выполнен по схеме телевизоров 3УСТЦ на транзисторе VT1 (однопереходном).
  5. Импульсы этого генератора поступают на тиристор VS2, запуская его, а он открывает запараллеленные тиристоры VS3-VS7 .
  6. «Электролиты» С6-С17 начинают разряжаться через обмотку «I» трансформатора Т1 и контур дросселя L2. Вся эта цепь — Т1, С6-С17 и дроссель L2 является колебательным контуром с изменяющимся током. Когда контур находится в противофазе ток идет по диодам VD8, VD9. Запараллеленные (VS3-VS7) тиристоры запираются и ожидают нового импульса узла на VT1. После этого все повторяется.
  7. На трансформаторе (на обмотке «III») возникают импульсы, отпирающие VS1. А через него выпрямитель VD1-VD4 соединяется с преобразователем на тиристорах.

Для индикации запуска генератора установлен светодиод HL3. Для выпрямления напряжения сварки установлены VD11-VD34. А для сглаживания формы кривой и облегчения возникновения электродуги служат «электролиты» С19-С24.

Конструкция трансформатора и дросселей

Схема намотки провода.

Т1 собран из 3-х «строчников» от старых телевизоров, сложенных вместе. Сердечник ПК30х16 из феррита марки 3000НМС-1. Обмотки «I» и «II» имеют по 2 секции с проводом ПСД 1,68 в изоляции из стеклоткани. Они соединены согласно последовательно и имеют витки:

  • обмотка «I» — 2×4;
  • обмотка «II» — 2×2.

Обмотка «I» работает в худшем тепловом режиме, поэтому при сборке необходимо мотать ее с шагом (зазором) 1 мм. Во второй обмотке не забудьте сделать отвод от середины.

Обе обмотки надо поставить таким образом, чтобы не нарушилась работа диодов VD11-VD34. Направление намотки обмотки «I», начиная от вывода подсоединенного к L2 — против стрелки часов. А направление намотки обмотки «II» — по часовой, от вывода, подключенного к VD21-VD34.

Обмотка «III» — виток провода 0,4-0,5 мм в изоляции на напряжение 500 В и более.

Важно распределить обмотки, правильно выдержав зазоры. Это необходимо для охлаждения магнитопровода и по соображениям безопасности. Для этого устанавливают 4 стеклотекстолитовые (1,5 мм) пластины, которые после подгонки приклеивают.

Дроссель L1, индуктивностью 40±10 мкГн, намотан на сердечнике ПЛ 12,5×25-50 с зазором (немагнитным) 0,3-0,5 мм и имеет 175 витков, намотанных проводом типа ПЭВ-2, калибром 1,32.

Дроссель L2 — спираль без каркаса, намотанная 4 мм2 проводом в термоизоляции. Количество витков -11, диаметр намотки -14 мм. Через дроссель идет большой ток и его необходимо обдувать.

Конструкция аппарата

Выпрямитель VD11-VD34 представляет этажерку из алюминия, стянутую шпильками. Каждые два диода зажаты между 1 мм пластинами габаритами 44×42 мм.

Транзистор VT1, «кондеры» С2-С4 и С6-С18, тиристоры VS2-VS7, стабилитроны и диоды VD5-VD7, VD8-VD10 и резисторы установлены на стеклотекстолитовой плате.

Детали и материалы сварочного устройства:

Схема сборки трансформатора сварочного аппарата.

  1. SA1 — переключатель пакетный. Ток 16 А и более.
  2. ВН-2 — вентилятор (обозначен на схеме М1).
  3. С1 — напряжение 220 В и более.
  4. VD1-VD4 — диоды на 16 А и более, установленные на 2-х мм радиаторы площадью 900 мм2.
  5. «Электролит» С5 можно составить из нескольких. Напряжение 400В и более.
  6. С6-С24 с напряжением 1000 В и более должны иметь диэлектрически малый угол потерь, например К78-2 или импортные пленочные.
  7. VS2-VS7 — тиристоры КУ221 А. Из-за больших токов и разогрева катодов тиристоров, желательно надеть на них пистоны из фольги медной. Все тиристоры установлены на общий 3-миллиметровый пластину-радиатор.
  8. VD8-VD9 — диоды КД213А (Б, В) или КД2997А (Б), установлены на радиатор с тиристорами. VD9 стоит на слюдяном изоляторе.
  9. R14-R18 — резисторы марки C5-16 В или более мощные.
  10. Винты, гайки, шайбы.
  11. Заклепки.
  12. Алюминиевые пластины.

Инструменты для сборки

  • паяльник;
  • плоскогубцы, отвертка;
  • нож, ножовка, ножницы;
  • молоток;
  • дрель.

Такие устройства можно использовать для сварки деталей в гараже или сарае. Их даже можно арендовать соседям.

Блок-схема аппарата для проведения сварочных работ

Блок питания устанавливается в корпус из пластической массы или листового метала. Блок питания агрегата оснащается всеми необходимыми для работы компонентами: разъемами, выключателями, клеммами и регуляторами. Корпус агрегата для осуществления сварных работ оборудуется специальными держателями и колесиками для транспортировки.

Главным условием при конструировании агрегата, используемого для сваривания, является понимание принципа работы аппарата и сути самого сварочного процесса. Для того чтобы сконструировать самостоятельно сварочный аппарат, требуется понимать принципы розжига и горения электродуги и основы принципов плавления электрода для сварки.

Порядок подключения элементов сварочного аппарата постоянного тока.

В источник питания высокой мощности входят такие компоненты, как:

  • выпрямитель;
  • инверторы;
  • трансформатор тока и напряжения;
  • регуляторы, которые способствуют улучшению качественных характеристик образующейся электродуги;
  • допустройства.

Основным компонентом любого сварочного агрегата является трансформатор. Вспомогательные устройства могут иметь различную схему организации в зависимости от конструкции аппарата.

Трансформатор для сварки

Сварочный аппарат постоянного тока в своей конструкции включает в качестве основного элемента трансформатор, обеспечивающий понижение нормального сетевого напряжения с 220 В до 45-80 В.

Схема устройства трансформатора для сварки.

Этот элемент конструкции функционирует в дуговом режиме с максимальной мощностью.

Трансформаторы, используемые в конструкции, должны выдерживать при работе большие значения токов, номинальная сила которых составляет 200 А. Вольтамперные показатели трансформатора должны полностью соответствовать спецтребованиям, которые обеспечивают режимы работы дуговой сварки.
Некоторые самодельные трансформаторные сварочные аппараты являются простыми в своей конструкции. В них отсутствуют допустройства регулировки параметров токов. Регулировка технических параметров такого устройства осуществляется несколькими способами:

  • при помощи узкоспециализированного регулятора;
  • путем переключения числа витков катушки.

Трансформатор сварочного агрегата состоит из следующих конструктивных элементов:

  • магнитопровод, изготовленный из пластин трансформаторной стали;
  • две обмотки — первичная и вторичная, этот компонент трансформатора имеет выводы для подключения устройств регулировки параметров рабочего тока.

Схема обмотки трансформатора.

Трансформатор, используемый в сварочном аппарате, не имеет регулировочных устройств, обеспечивающих регулировку тока и его ограничение на рабочей обмотке. Первичная обмотка сварочного трансформатора оснащается выводами для подключения регулирующих схем и устройств, позволяющих осуществлять настройку сварочного устройства в зависимости от условий эксплуатации и параметров входящего тока.

Основная часть трансформатора — магнитопровод. Чаще всего при конструировании самодельных сварочных аппаратов используются магнитопроводы от списанного двигателя, старого силового трансформатора. Каждая конструкция магнитопровода имеет свои нюансы в конструкции. Основными параметрами, характеризующими магнитопровод, являются следующие:

  • размер магнитопровода;
  • количество витков обмоток на магнитопроводе;
  • уровень напряжения тока на входе и на выходе устройства;
  • уровень потребляемого тока;
  • максимальный ток, получаемый на выходе устройства.

Эти основные характеристики определяют пригодность трансформатора для использования в качестве устройства, способствующего формированию дуги, а также приспособления, способствующего образованию качественного сварного шва.

Возможные детали при создании аппарата для сварки

Схема сварочного выпрямителя.

При создании аппарата для сварки своими руками стабильность электродуги достигается постоянством потенциала. Стабильность дуги обеспечивает качество образующихся швов. Постоянство потенциала достигается путем применения высокомощных выпрямителей, выполнение которых осуществляется на диодах, выдерживающих токи до 200 А, таких, например, как В-200.

Эти диоды имеют большие размеры и требуют обязательного использования для организации качественного теплоотведения массивных радиаторов. Это обстоятельство требуется учитывать при изготовлении корпуса конструкции. Лучшим вариантом при создании конструкции будет использование диодного спецмоста. Диоды можно смонтировать параллельно, что позволяет в значительной мере повысить выходной ток.

Собирая своими руками конструкцию, требуется подстраивать все его компоненты. При некачественном подборе или неправильном расчете конструкция может оказывать влияние на качество сварки.

Иногда при соответствующем подборе деталей и комплектующих может получиться по-настоящему уникальный прибор, который имеет мягкое и легкое зажигание электродуги, а сваривание деталей можно осуществлять даже с очень тонкими стенками, при практически полном отсутствии разбрызгивания жидкого металла.

Принципиальная схема самодельного сварочного агрегата

Можно изготовить самодельный сварочный аппарат на основе транзисторного или тиристорного управления. Более надежными являются тиристоры. Эти элементы конструкции управления способны выдерживать замыкание на выходе и достаточно быстро способны выходить из этого состояния. Эти компоненты системы управления не требуют монтажа мощных радиаторов охлаждения. Это связано с тем, что конструктивные элементы имеют низкое тепловыделение.

Принципиальная схема самодельного аппарата для сварки.

Система управления, созданная на транзисторах, способна значительно быстрее выйти из рабочего состояния, так как транзисторы существенно быстрее перегорают при возникновении перегрузок и являются более капризными в эксплуатации. Схема, созданная на основе тиристоров, отличается простотой и высокой надежностью.

Блок управления, основанный на этих элементах, обладает следующими преимуществами:

  • плавная регулировка;
  • наличие постоянного тока.

При осуществлении сваривания стали толщиной 3 мм потребляемый ток около 10 А. Ток сваривания подается путем нажатия специального рычага на вилке, которая удерживает электрод.

Такая конструкция позволяет повысить безопасность в процессе осуществления работ, работать с высоким напряжением, которое обеспечивает стабильность горения дуги. В случае использования в работе обратной полярности имеется возможность проведения сварочных работ с очень тонким листовым металлом.

Конструкция аппарата для сваривания

Устройство самодельной сварки.

Выпрямитель устройства представляет собой своеобразную этажерку, изготовленную из алюминиевых пластин, которая стягивается шпильками. Каждая пара диодов, входящих в конструкцию выпрямителя, зажимается между пластинами толщиной в 1 мм и размерами 44 х42 мм.

Транзистор, конденсаторы, тиристоры, стабилитроны, диоды и резисторы монтируются на стеклотекстолитовой плате.

В конструкцию сварочного агрегата входят следующие элементы:

  • переключатель пакетный, рассчитанный на 16 и более ампер;
  • вентилятор;
  • диоды, рассчитанные на работу при токе в 16 и более ампер;
  • конденсаторы, рассчитанные на работу при напряжении 400 и более вольт;
  • конденсаторы, рассчитанные на работу при напряжении 1000 и более вольт;
  • тиристоры КУ221 А, устанавливаемые для их охлаждения на радиатор;
  • диоды КД13А или КД2997А, монтируемые на радиаторах с тиристорами;
  • резисторы марки С5-16 или более мощные;
  • винты, шайбы необходимые для сборки аппарата;
  • пластины алюминия.

Для проведения монтажных работ потребуются следующие инструменты:

  • паяльник;
  • плоскогубцы;
  • отвертка, нож, ножовка;
  • молоток;
  • дрель.

Сварочный агрегат, изготовленный с помощью этих элементов можно использовать для проведения сварочных работ в домашнем хозяйстве. Он с легкостью осуществляет сваривание большинства металлических изделий.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *