На изготовление лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа) своими руками многих толкает избыток на электрорынке некачественных регуляторов. Можно использовать и экземпляр промышленного типа, правда, подобные образцы имеют слишком большие размеры и дорого стоят. Именно из-за этого применение их в домашних условиях затруднено.

Что собой представляет электронный ЛАТР?

Автотрансформаторы нужны, чтобы плавно изменять напряжение тока частотой 50-60 Гц во время проведения разных электротехнических работ. Еще их нередко используют, когда требуется уменьшить либо увеличить переменное напряжение для бытового или строительного электрооборудования.

Трансформаторами выступает электрическая аппаратура, которая оснащена несколькими обмотками соединенными индуктивно. Применяется она для преобразования электрической энергии по уровню напряжения или тока.

Кстати, широко использовать электронный ЛАТР начали 50 лет тому назад. Раньше прибор оснащали токосъемным контактом. Его располагали на вторичной обмотке. Так получалось плавно настраивать выходное напряжение.

Когда подключались различные лабораторные устройства , присутствовал вариант оперативного изменения напряжения. Скажем, при желании можно было менять степень нагрева паяльника, настраивать обороты электромотора, яркость освещения и прочее.

В настоящее время ЛАТР имеет разные модификации. В целом он представляет собой трансформатор, преобразующий переменное напряжение одной величины в другую. Подобное устройство служит стабилизатором напряжения. Его главным отличием является возможность регулировки напряжения на выходе из оборудования.

Существуют разные виды автотрансформаторов:

• Однофазный;
• Трехфазный.

Последний тип - установленные в единой конструкции три однофазных ЛАТРа. Однако мало кто желает стать его владельцем. И трехфазные, и однофазные автотрансформаторы оборудованы вольтметром и регулировочной шкалой .

Область применения ЛАТРа

Автотрансформатор используют в различных сферах деятельности, среди них:

• Металлургическое производство;
• Коммунальное хозяйство;
• Химическая и нефтяная промышленности;
• Производство техники.

Кроме этого, он нужен для следующих работ: изготовления бытовых приборов, исследования электрооборудования в лабораториях, наладки и проверки техники, создания телевизионных приемников.

Вдобавок ЛАТР часто используют в учебных заведениях для проведения опытов на уроках химии и физики. Его можно даже обнаружить в составе устройств некоторых стабилизаторов напряжения. Также применяется в качестве дополнительного оборудования к самописцам и станкам. Почти во всех лабораторных исследованиях в виде трансформатора используют именно ЛАТР, поскольку он имеет простую конструкцию и несложен в эксплуатации.

Автотрансформатор в отличие от стабилизатора, который применяется лишь в нестабильных сетях и на выходе создает напряжение 220В с разной погрешностью в 2-5%, выдает точное заданное напряжение.

По климатическим параметрам разрешается использование этих приборов при высоте 2000 метров, но ток нагрузки приходится снижать на 2,5% при подъеме на каждые 500 м.

Основные минусы и плюсы автотрансформатора

Главное преимущество ЛАТРа - это более высокий КПД , ведь только некоторая часть мощности трансформируется. Особенно важно, если входное и выходное напряжения немного отличаются.

Их минусом является то, что отсутствует между обмотками электрическая изоляция. Хотя в промышленных электросетях нулевой провод обладает заземлением, поэтому такой фактор особой роли играть не будет, к тому же для обмоток используется меньше меди и стали для сердечников, как следствие, меньший вес и габариты. В результате можно хорошо сэкономить.

Первый вариант - прибор изменения напряжения

Если вы начинающий электрик, то лучше попробовать сначала сделать простую модель ЛАТРа, которая будет регулироваться устройством напряжения - от 0-220 вольт. По такой схеме автотрансформатор имеет мощность - от 25-500 Вт .

Чтобы увеличить мощность регулятора до 1,5 кВт, нужно тиристоры VD 1 и 2 поставить на радиаторы. Подключают их параллельно нагрузке R 1. Эти тиристоры ток пропускают в противоположных направлениях. При включении прибора в сеть они закрыты, а конденсаторы C 1 и 2 начинают заряжаться от резистора R 5. Еще им при необходимости изменяют величину напряжения во время нагрузки. Вдобавок этот переменный резистор вместе с конденсаторами образовывает фазосдвигающую цепь.

Такое техническое решение дает возможность пользоваться сразу двумя полупериодами переменного тока. В итоге для нагрузки применяется полная мощность, а не половинная.

Единственный недостаток схемы в том, что форма переменного напряжения во время нагрузки из-за специфики работы тиристоров оказывается не синусоидальной. Все это приводит к помехам по сети. Для исправления в схеме проблемы достаточно встроить фильтры последовательно нагрузке. Их можно вытащить из сломанного телевизора.

Второй вариант - регулятор напряжения с трансформатором

Не вызывающий помех в сети и дающий синусоидальное напряжение прибор, собирать труднее предыдущего. ЛАТР, схема которого имеет биополярный VT 1 , в принципе тоже получится сделать самостоятельно. Причем транзистор служит регулирующим элементом в устройстве. Мощность в нем зависит от нагрузки. Работает он как реостат. Такая модель позволяет изменять рабочее напряжение не только при реактивных нагрузках, но и активных.

Однако представленная схема автотрансформатора тоже не идеальна. Ее минус в том, что функционирующий регулирующий транзистор выделяет очень много тепла. Для устранения недостатка понадобится мощный теплоотводящий радиатор, площадь которого равна не менее 250 см ².

В этом случае применяется трансформатор T 1. Он должен иметь вторичное напряжение около 6-10 В и мощность примерно 12-15 Вт . Диодный мост VD 6 осуществляет выпрямление тока, который впоследствии проходит к транзистору VT 1 в любом варианте полупериода через VD 5 и VD 2. Базовый ток транзистора регулируется переменным резистором R 1, изменяя тем самым характеристики тока нагрузки.

Вольтметром PV 1 контролируют размеры напряжения на выходе из автотрансформатора. Он используется с расчетом напряжения от 250-300 В. Если появляется необходимость увеличить нагрузку, тогда стоит заменить диоды VD 5- VD 2 и транзистор VD 1 на более мощные. Естественно, за этим последует расширение площади радиатора.

Как видно, собрать своими руками ЛАТР, возможно, нужно только иметь немного знаний в данной области и закупить все необходимые материалы.

Режимы работы задают с помощью потенциометра. Совместное конденсаторами C2 и C3 он образует фазосдвигающие цепочки, каждая из которых, срабатывая во время своего полупериода, открывает соответствующий тиристор на некоторый промежуток времени. В результате на первичной обмотке сварочного Т1 оказываются регулируемые 20-215 В. Трансформируясь во вторичной обмотке, требуемые -Uсв позволяют легко зажечь дугу для сварки на переменном (клеммы Х2, Х3) или выпрямленном (Х4, Х5) токе.

Рис.1. Самодельный сварочный аппарат на основе ЛАТРа.

Сварочный трансформатор на базе широко распространённого ЛАТР2 (а), его подключение к принципиальной электрической схеме самодельного регулируемого аппарата для сварки на переменном или постоянном токе (б) и эпюра напряжении поясняющая работу транзисторного регулятора режима горения злектродуги.

Резисторы R2 и R3 шунтируют цепи управления тиристоров VS1 и VS2. Конденсаторы C1, C2 снижают до допустимого уровень радиопомех, сопровождающих дуговой разряд. В роли светового индикатора HL1, сигнализирующего о включении аппарата в бытовую электросеть, используется неоновая лампочка с токоограничительным резистором R1.

Для подсоединения «сварочника» к квартирной электропроводке применима обычная штепсельная вилка Х1. Но лучше использовать более мощный электроразъём, который в обиходе называют «евровилка-евророзетка». А в качестве выключателя SB1 подойдёт «пакетник» ВП25, рассчитанный на ток 25 А и позволяющий размыкать оба провода сразу.

Как показывает практика, устанавливать на сварочном аппарате какие бы то ни было предохранители (противоперегрузочные автоматы) не имеет смысла. Здесь приходится иметь дело с такими токами, при превышении которых обязательно сработает защита на вводе сети в квартиру.

Для изготовления вторичной обмотки с базового ЛАТР2 снимают кожух-ограждение, токосъёмный ползунок и крепежную арматуру. Затем на имеющуюся обмотку 250 В (отводы 127 и 220 В остаются невостребованными) накладывают надёжную изоляцию (например, из лакоткани), поверх которой размещают вторичную (понижающую) обмотку. А это 70 витков изолированной медной или алюминиевой шины, имеющей в поперечнике 25 мм2. Приемлемо выполнение вторичной обмотки из нескольких параллельных проводов с таким же общим сечением.

Намотку удобнее осуществлять вдвоём. В то время как один, стараясь не повредить изоляцию соседних витков, осторожно протягивает и укладывает провод, другой удерживает свободный конец будущей обмотки, предохраняя её от скручивания.
Модернизированный ЛАТР2 помещают в защитный металлический кожух с вентиляционными отверстиями, на котором располагают монтажную плату из 10-мм гетинакса или стеклотекстолита с пакетным выключателем SB1, тиристорным регулятором напряжения (с резистором R6), светоиндикатором HL1 включения аппарата в сеть и выходными клеммами для сварки на переменном (Х2, Х3) или постоянном (Х4, Х5) токе.

При отсутствии базового ЛАТР2 его можно заменить самодельным «сварочником» с магнитопроводом из трансформаторной стали (сечение сердечника 45-50 см2). Его первичная обмотка должна содержать 250 витков провода ПЭВ2 диаметром 1,5 мм. Вторичная же ничем не отличается от той, что используется в модернизированном ЛАТР2.

На выходе низковольтной обмотки устанавливают блок выпрямителей с силовыми диодами VD3-VD10 для сварки на постоянном токе. Помимо указанных вентилей вполне приемлемы и более мощные аналоги, например, Д122-32-1 (выпрямленный ток - до 32 А).
Силовые диоды и тиристоры устанавливают на радиаторах-теплоотводах, площадь каждого из которых не менее 25 см2 . Наружу из кожуха выводят ось регулировочного резистора R6. Под рукояткой размещают шкалу с делениями, соответствующими конкретным величинам постоянного и переменного напряжения. А рядом - таблицу зависимости сварочного тока от напряжения на вторичной обмотке трансформатора и от диаметра сварочного электрода (0,8-1,5 мм).

Разумеется, приемлемы и самодельные электроды, изготовленные из углеродистой стальной «катанки» диаметром 0,5-1,2 мм. Заготовки длиной 250-350 мм покрывают жидким стеклом - смесью силикатного клея и измельченного мела, оставив незащищенными 40-мм концы, необходимые для подключения к сварочному аппарату. Обмазку тщательно высушивают, иначе при сварке она начнёт «постреливать».

Хотя для сварки можно использовать как переменный (клеммы Х2, Х3), так и постоянный (Х4, Х5) ток, второй вариант, по отзывам сварщиков, предпочтительнее первого. Причем полярность играет далеко немаловажную роль. В частности, при подаче «плюса» на «массу» (свариваемый предмет) и, соответственно, подключении электрода к клемме со знаком «минус» имеет место так называемая прямая полярность. Для неё характерно выделение большего количества тепла, чем при обратной полярности, когда электрод подсоединен к положительному выводу выпрямителя, а «масса» - к отрицательному. Обратная полярность применяется, если нужно уменьшить выделение тепла, например, при сварке тонких листов металла. Почти вся выделяемая злектродугой энергия идет на образование сварного шва, а потому глубина провара на 40-50 процентов больше, чем при токе той же величины, но прямой полярности.

И еще несколько весьма существенных особенностей. Увеличение тока дуги при неизменной скорости сварки приводит к росту глубины провара. Причем если работа ведется на переменном токе, то последний из названных параметров становится на 15-20 процентов меньше, чем при использовании постоянного тока обратной полярности. Напряжение же сварки мало влияет на глубину провара. Зато от Uсв зависит ширина шва: с ростом напряжения она увеличивается.

Отсюда важный вывод для занимающихся, скажем, сварочными работами при ремонте кузова легкового автомобиля из тонколистовой стали: наилучшие результаты даст сварка постоянным током обратной полярности при минимальном (но достаточном для устойчивого горения дуги) напряжении.

Дугу необходимо поддерживать минимально короткой, электрод тогда расходуется равномерно, а глубина проплавления свариваемого металла - максимальна. Сам же шов получается чистым и прочным, практически лишенным шлаковых включений. А от редких брызг расплава, трудно удаляемых после остывания изделия, можно защититься, натерев мелом околошовную поверхность (капли будут скатываться, не приставая к металлу).

Возбуждение дуги производят (предварительно подав на электрод и «массу» соответствующее -Uсв) двумя способами. Суть первого в лёгком прикосновении электрода к свариваемым деталям с последующим отводом его на 2-4 мм в сторону. Второй способ напоминает чиркание спичкой по коробку: скользнув электродом по свариваемой поверхности, его тут же отводят на небольшое расстояние. В любом случае нужно уловить момент возникновения дуги и уже потом, плавно перемещая электрод над образующимся тут же швом, поддерживать ее спокойное горение.

В зависимости от типа и толщины свариваемого металла выбирают тот или иной электрод. При наличии, например, стандартного сортамента для листа Ст3 толщиной 1 мм подойдут электроды диаметром 0,8-1 мм (на это в основном и рассчитана рассматриваемая конструкция). Для сварочных работ на 2-мм стальном прокате желательно иметь и «сварочник» помощнее, и электрод потолще (2-3 мм).
Для сварки ювелирных изделий из золота, серебра, мельхиора лучше использовать тугоплавкий электрод (например, вольфрамовый). Можно сваривать и менее стойкие к окислению металлы, используя защиту углекислым газом.

В любом случае работу можно выполнять как вертикально расположенным электродом, так и наклонённым вперед или назад. Но искушенные профессионалы утверждают: при сварке углом вперед (имеется в виду острый угол между электродом и готовым швом) обеспечиваются более полный провар и меньшая ширина самого шва. Сварка же углом назад рекомендуется лишь для соединения внахлестку, особенно когда приходится иметь дело с профильным прокатом (уголком, двутавром и швеллером).

Немаловажная вещь - сварочный кабель. Для рассматриваемого аппарата как нельзя лучше подойдет медный многожильный (общее сечение около 20 мм2) в резиновой изоляции. Потребное количество - два полутораметровых отрезка, каждый из которых следует оборудовать тщательно обжатым и пропаянным клеммным наконечником для подключения к «сварочнику». Для непосредственного же соединения с «массой» используют мощный зажим типа «крокодил», а с электродом - держатель, напоминающий трехзубую вилку. Можно воспользоваться и автомобильным «прикуривателем».

Необходимо позаботиться также о личной безопасности. При электродуговой сварке постараться уберечься от искр, а тем более - от брызг расплавленного металла. Рекомендуется надевать брезентовую одежду свободного покроя, защитные рукавицы и использовать маску, предохраняющую глаза от жёсткого излучения электрической дуги (солнцезащитные очки здесь непригодны).
Разумеется, нельзя забывать и о «Правилах техники безопасности при выполнении работ на электрооборудовании в сетях с напряжением до 1 кВ». Электричество беспечности не прощает!

Уверен: от компактного и вместе с тем достаточно надежного, дешевого и простого в изготовлении “сварочника» ни один мастеровой, домовитый хозяин не откажется. Особенно если узнает, что в основе этого аппарата - легко поддающийся модернизации 9-амперный (знакомый практически каждому со школьных уроков физики) лабораторный автотрансформатор ЛАТР2 да самодельный тиристорный минирегулятор с выпрямительным мостом. Они позволяют не только безопасно подключаться к бытовой осветительной сети переменного тока с напряжением 220 В. но и изменять u на электроде, а значит, выбирать нужную величину тока сварки.

Режимы работы задают с помощью потенциометра. Совместное конденсаторами C2 и C3 он образует фазосдвигающие цепочки, каждая из которых, срабатывая во время своего полу периода. открывает соответствующий тиристор на некоторый промежуток времени. В результате на первичной обмотке сварочного Т1 оказываются регулируемые 20-215 В. Трансформируясь во вторичной обмотке, требуемые -u позволяют легко зажечь дугу для сварки на переменном (клеммы Х2, Х3) или выпрямленном (Х4, Х5) токе.

Резисторы R2 и RЗ шунтируют цепи управления тиристоров VS1 и VS2. Конденсаторы C1. C2 снижают до допустимого уровень радиопомех, сопровождающих дуговой разряд. В роли светового индикатора НL1, сигнализирующего о включении аппарата в бытовую электросеть, используется нвоновая лампочка с токоограничительным резистором R1.

Для подсоединения «сварочника» к квартирной электропроводке применима обычная штепсельная вилка Х1. Но лучше использовать более мощный электроразъем, который в обиходе называют “евровилка-евророзетка” . А в качестве выключателя SB1 подойдет «пакетник» ВП25, рассчитанный на ток 25 А и позволяющий размыкать оба провода сразу.

Как показывает практика, устанавливать на сварочном аппарате какие бы то ни было предохранители (про-тивоперегрузочные автоматы) не имеет смысла. Здесь приходится иметь дело с такими токами, при превышении которых обязательно сработает защита на вводе сети в квартиру.

Для изготовления вторичной обмотки с базового ЛАТР2 снимают кожух-ограждение, токосьемный ползунок и крепежную арматуру. Затем на имеющуюся обмотку 250 В (отводы 127 и 220 В остаются невостребованными) накладывают надежную изоляцию (например, из лакоткани), поверх которой размещают вторичную (понижающую) обмотку. А это 70 витков изолированной медной или алюминиевой шины, имеющей в поперечнике 25 мм2. Приемлемо выполнение вторичной обмотки из нескольких параллельных проводов с таким же общим сечением.

Намотку удобнее осуществлять вдвоем. В то время как один, стараясь не повредить изоляцию соседних витков, осторожно протягивает и укладывает провод, другой удерживает свободный конец будущей обмотки, предохраняя ее от скручивания.

Модернизированный ЛАТР2 помещают в защитный металлический кожух с вентиляционными отверстиями, на котором располагают монтажную плату из 10-мм гетинакса или стеклотекстолита с пакетным выключателем SВ1, тиристорным регулятором напряжения (с резистором R6), светоиндикатором HL1 включения аппарата в сеть и выходными клеммами для сварки на переменном (Х2, Х3) или постоянном (Х4, Х5) токе.

При отсутствии базового ЛАТР2 его можно заменить самодельным «сва-рочником» с магнитопроводом из трансформаторной стали (сечение сердечника 45-50 см2). Его первичная обмотка должна содержать 250 витков провода ПЭВ2 диаметром 1,5 мм. Вторичная же ничем не отличается от той, что используется в модернизированном ЛАТР2.

На выходе низковольтной обмотки устанавливают блок выпрямителей с силовыми диодами VD3 – VD10 для сварки на постоянном токе. Помимо указанных вентилей вполне приемлемы и более мощные аналоги, например, Д122-32-1 (выпрямленный ток - до 32 А).

Силовые диоды и тиристоры устанавливают на радиаторах-теплоотводах, площадь каждого из которых не менее 25 см2 . Наружу из кожуха выводят ось регулировочного резистора R6. Под рукояткой размещают шкалу с делениями, соответствующими конкретным величинам постоянного и переменного напряжения. А рядом - таблицу зависимости сварочного тока от напряжения на вторичной обмотке трансформатора и от диаметра сварочного электрода (0,8-1,5 мм).

Сварочный трансформатор на базе широко распространенного ЛАТР2 (а), его подключение к принципиальная электрической схеме самодельного регулируемого аппарата для сварки на переменном или постоянном токе (б) и эпюра напряжений (в), поясняющая работу резисторного регулятора режима горения электродуги.

Разумеется, приемлемы и самодельные электроды, изготовленные из углеродистой стальной «катанки» диаметром 0,5-1,2 мм. Заготовки длиной 250-350 мм покрывают жидким стеклом - смесью силикатного клея и измельченного мела, оставив незащищенными 40-мм концы, необходимые для подключения к сварочному аппарату. Обмазку тщательно высушивают, иначе при сварке она начнет «постреливать».

Хотя для сварки можно использовать как переменный (клеммы Х2, Х3), так и постоянный (Х4, Х5) ток, второй вариант, по отзывам сварщиков, предпочтительнее первого. Причем полярность играет далеко немаловажную роль. В частности, при подаче «плюса» на «массу» (свариваемый предмет) и, соответственно, подключении электрода к клемме со знаком «минус» имеет место так называемая прямая полярность. Для нее характерно выделение большего количества тепла, чем при обратной полярности, когда электрод подсоединен к положительному выводу выпрямителя, а «масса» - к отрицательному. Обратная полярность применяется, если нужно уменьшить выделение тепла, например, при сварке тонких листов металла. Почти вся выделяемая злектродугой энергия идет на образование сварного шва, а потому глубина провара на 40-50 процентов больше, чем при токе той же величины, но прямой полярности.

И еще несколько весьма существенных особенностей. Увеличение тока дуги при неизменной скорости сварки приводит к росту глубины провара. Причем если работа ведется на переменном токе, то последний из названных параметров становится на 15-20 процентов меньше, чем при использовании постоянного тока обратной полярности. Напряжение же сварки мало влияет на глубину провара. Зато от uсв зависит ширина шва: с ростом напряжения она увеличивается.

Отсюда важный вывод для занимающихся, скажем, сварочными работами при ремонте кузова легкового автомобиля из тонколистовой стали: наилучшие результаты даст сварка постоянным током обратной полярности при минимальном (но достаточном для устойчивого горения дуги) напряжении.

Дугу необходимо поддерживать минимально короткой, электрод тогда расходуется равномерно, а глубина проплавления свариваемого металла - максимальна. Сам же шов получается чистым и прочным, практически лишенным шлаковых включений. А от редких брызг расплава, трудно удаляемых после остывания изделия, можно защититься, натерев мелом околошовную поверхность (капли будут скатываться, не приставая к металлу).

Возбуждение дуги производят (предварительно подав на электрод и «массу» соответствующее Ucв) двумя способами. Суть первого в легком прикосновении электрода к свариваемым деталям с последующим отводом его на 2-4 мм в сторону. Второй способ напоминает чиркание спичкой по коробку: скользнув электродом по свариваемой поверхности, его тут же отводят на небольшое расстояние. В любом случае нужно уловить момент возникновения дуги и уже потом, плавно перемещая электрод над образующимся тут же швом, поддерживать ее спокойное горение.

В зависимости от типа и толщины свариваемого металла выбирают тот или иной электрод. При наличии, например, стандартного сортамента для листа Ст3 толщиной 1 мм подойдут электроды диаметром 0,8-1 мм (на это в основном и рассчитана рассматриваемая конструкция). Для сварочных работ на 2-мм стальном прокате желательно иметь и «сва-рочник» помощнее, и электрод потолще (2-3 мм).

Для сварки ювелирных изделий из золота, серебра, мельхиора лучше использовать тугоплавкий электрод (например, вольфрамовый). Можно сваривать и менее стойкие к окислению металлы, используя защиту углекислым газом.

В любом случае работу можно выполнять как вертикально расположенным электродом, так и наклоненным вперед или назад. Но искушенные профессионалы утверждают: при сварке углом вперед (имеется в виду острый угол между электродом и готовым швом) обеспечиваются более полный провар и меньшая ширина самого шва. Сварка же углом назад рекомендуется лишь для соединения внахлестку, особенно когда приходится иметь дело с профильным прокатом (уголком, двутавром и швеллером).

Немаловажная вещь - сварочный кабель. Для рассматриваемого аппарата как нельзя лучше подойдет медный многожильный (общее сечение около 20 мм2) в резиновой изоляции. Потребное количество - два полутораметровых отрезка, каждый из которых следует оборудовать тщательно обжатым и пропаянным клеммным наконечником для подключения к «сварочнику». Для непосредственного же соединения с «массой» используют мощный зажим типа «крокодил», а с электродом - держатель, напоминающий трехзубую вилку. Можно воспользоваться и автомобильным «прикуривателем».

Сварка своими руками в данном случае значит не технология производства сварочных работ, а самодельное оборудование для электросварки. Рабочие навыки приобретаются производственной практикой. Безусловно, прежде чем идти в мастерскую, нужно усвоить теоретический курс. Но претворять его в практику можно только, имея на чем работать. Это первый довод в пользу того, чтобы, самостоятельно осваивая сварочное дело, позаботиться вначале о наличии соответствующего оборудования.

Второй – покупной сварочный аппарат стоит дорого. Аренда тоже недешева, т.к. вероятность выхода его из строя при неквалифицированном пользовании велика. Наконец, в глубинке добраться до ближайшего пункта, где можно взять сварочник напрокат, может быть просто долго и трудно. В общем, первые шаги в сварке металлов лучше начинать с изготовления сварочной установки своими руками. А потом – пусть себе стоит в сарае или гараже до случая. Потратиться на фирменную сварку, буде дело пойдет, никогда не поздно.

О чем будем

В настоящей статье рассматривается, как в домашних условиях сделать оборудование для:

• Электродуговой сварки переменным током промышленной частоты 50/60 Гц и постоянным током до 200 А. Этого хватит, чтобы варить металлоконструкции примерно до забора из профнастила на каркасе из профтрубы или сварного гаража.
• Микродуговой сварки скруток проводов – очень просто, и полезно при прокладке или ремонте электропроводки.
• Точечной импульсной контактной сварки – может хорошо пригодиться при сборке изделий из тонкого стального листа.

О чем не будем

Первое, пропустим газовую сварку. Оборудование для нее стоит гроши по сравнению с расходными материалами, баллоны с газом дома не сделаешь, а самодельный газогенератор – серьезный риск для жизни, плюс карбид сейчас, где он еще поступает в продажу, дорог.

Второе – инверторную электродуговую сварку. Действительно, сварочный инвертор-полуавтомат позволяет начинающему дилетанту варить довольно ответственные конструкции. Он легок и компактен, носить его можно рукой. Но покупка в розницу компонентов инвертора, позволяющего стабильно вести качественный шов, обойдется дороже готового аппарата. А с упрощенными самоделками опытный сварщик работать попробует, и откажется – «Дайте нормальный аппарат!» Плюс, точнее минус – чтобы сделать более-менее приличный сварочный инвертор, нужно обладать довольно солидным опытом и познаниями в электротехнике и электронике.

Третье – аргонно-дуговую сварку. С чьей легкой руки пошло гулять в рунете утверждение, что она гибрид газовой и дуговой, неведомо. На самом деле это разновидность дуговой сварки: инертный газ аргон в сварочном процессе не участвует, но создает вокруг рабочей зоны кокон, изолирующий ее от воздуха. В результате сварочный шов получается химические чистым, свободным от примесей соединений металлов с кислородом и азотом. Поэтому варить под аргоном можно цветные металлы, в т.ч. разнородные. Кроме того, возможно уменьшить ток сварки и температуру дуги без ущерба для ее стабильности и варить неплавящимся электродом.

Оборудование для аргонно-дуговой сварки вполне возможно изготовить в домашних условиях, но – газ очень дорогой. Варить же в порядке рутинной хозяйственной деятельности алюминий, нержавейку или бронзу вряд ли понадобится. А если уж надо, то проще взять аргонную сварку в аренду – по сравнению с тем, на сколько (в деньгах) газа уйдет обратно в атмосферу, это копейки.

Трансформатор

Основа всех «наших» видов сварки – сварочный трансформатор. Порядок его расчета и конструктивные особенности существенно отличаются от таковых трансформаторов электропитания (силовых) и сигнальных (звуковых). Сварочный трансформатор работает в прерывистом режиме. Если конструировать его на максимальный ток как трансформаторы непрерывного действия, он получится непомерно большим, тяжелым и дорогим. Незнание особенностей электрических трансформаторов для дуговой сварки – основная причина неудач конструкторов-любителей. Поэтому прогуляемся по сварочным трансформаторам в следующем порядке:

1. немного теории – на пальцах, без формул и зауми;
2. особенности магнитопроводов сварочных трансформаторов с рекомендациями по выбору из случайно подвернувшихся;
3. испытания имеющегося в наличии б/у;
4. расчет трансформатора для сварочного аппарата;
5. подготовка компонент и намотка обмоток;
6. пробная сборка и доводка;
7. ввод в эксплуатацию.

Теория

Электрический трансформатор можно уподобить накопительному резервуару водоснабжения. Это довольно глубокая аналогия: трансформатор действует за счет запаса энергии магнитного поля в его магнитопроводе (сердечнике), который может многократно превышать мгновенно передаваемую от сети электропитания потребителю. А формальное описание потерь на вихревые токи в стали похоже на него же для водопотерь на инфильрацию. Потери электроэнергии в меди обмоток формально схожи с потерями напора в трубах за счет вязкого трения в жидкости.

Примечание: различие – в потерях на испарение и, соотв., рассеяние магнитного поля. Последние в трансформаторе частично обратимы, но сглаживают пики энергопотребления во вторичной цепи.

Важный в нашем случае фактор – внешняя вольт-амперная характеристика (ВВАХ) трансформатора, или просто его внешняя характеристика (ВХ) – зависимость напряжения на вторичной обмотке (вторичке) от тока нагрузки, при неизменном напряжении на первичной обмотке (первичке). У силовых трансформаторов ВХ жесткая (кривая 1 на рис.); они подобны мелководному обширному бассейну. Если его как следует изолировать и накрыть крышей, то водопотери минимальны и напор довольно стабилен, как бы там потребители краны ни крутили. Но если в стоке булькнуло – суши весла, вода слита. Применительно к трансформаторам – силовик должен как можно более стабильно держать выходное напряжение до некоторого порога, меньшего, чем максимальная мгновенная мощность потребления, быть экономичным, небольшим и легким. Для этого:

• Марку стали для сердечника выбирают с более прямоугольной петлей гистерезиса.
• Конструктивными мерами (конфигурацией сердечника, способом расчета, конфигурацией и расположением обмоток) всячески уменьшают потери на рассеивание, потери в стали и меди.
• Индукцию магнитного поля в сердечнике берут меньше максимально допустимой для передачи формы тока, т.к. ее искажение снижает КПД.

Примечание: трансформаторную сталь с «угловатым» гистерезисом часто называют магнитожесткой. Это неверно. Магнитожесткие материалы сохраняют сильную остаточную намагниченность, их них делают постоянные магниты. А любое трансформаторное железо – магнитомягкое.

Варить от трансформатора с жесткой ВХ нельзя: шов идет рваный, пережженный, металл разбрызгивается. Дуга неэластичная: чуть не так двинул электродом, гаснет. Поэтому сварочный трансформатор делают похожим уже на обычный водонапорный бак. Его ВХ мягкая (нормального рассеяния, кривая 2): при возрастании тока нагрузки вторичное напряжение плавно падает. Кривая нормального рассеяния аппроксимируется прямой, падающей по углом 45 градусов. Это позволяет за счет снижения КПД кратковременно снимать с того же железа в несколько раз большую мощность, или соотв. уменьшить массогабариты и стоимость трансформатора. Индукция в сердечнике при этом может достигать величины насыщения, а кратковременно даже превосходить ее: трансформатор не уйдет в КЗ с нулевой передачей мощности, как «силовик», но станет нагреваться. Довольно долго: тепловая постоянная времени сварочных трансформаторов 20-40 мин. Если потом дать ему остыть и недопустимого перегрева не было, можно продолжать работу. Относительное падение вторичного напряжения ΔU2 (ему соотв. размах стрелок на рис.) нормального рассеивания плавно растет при увеличении размаха колебаний сварочного тока Iсв, что позволяет легко держать дугу при любых видах работ. Обеспечиваются такие свойства следующим:

1. Сталь магнитопровода берут с гистерезисом, более «овальным».
2. Нормируют обратимые потери на рассеяние. По аналогии: упало давление – потребители много и быстро не выльют. А оператор водоканала успеет включить подкачку.
3. Индукцию выбирают близкой к предельной по перегреву, это позволяет за счет снижения cosφ (параметра, равнозначного КПД) при токе, существенно отличном от синусоидального, взять с той же стали большую мощность.

Примечание: обратимые потери рассеяния значит, что часть силовых линий пронизывает вторичку через воздух минуя магнитопровод. Название не вполне удачное, также как и «полезное рассеяние», т.к. «обратимые» потери для КПД трансформатора ничуть не полезнее необратимых, но они смягчают ВХ.

Как видим, условия совершенно различны. Так что, же непременно искать железо от сварочника? Необязательно, для токов до 200 А и пиковой мощности до 7 кВА, а на хозяйстве этого хватит. Мы расчетно-конструктивным мерами, а также при помощи несложных дополнительных устройств (см. далее) получим на любом железе ВХ, несколько более жесткую, чем нормальная, кривая 2а. КПД энергопотребления сварки при этом вряд ли превысит 60%, но для эпизодических работ для себя это не страшно. Зато на тонких работах и малых токах держать дугу и ток сварки будет несложно, не имея большого опыта (ΔU2.2 и Iсв1), на больших токах Iсв2 получим приемлемое качество шва, и можно будет резать металл до 3-4 мм.

Бывают еще сварочные трансформаторы с крутопадающей ВХ, кривая 3. Это уже скорее насос подкачки: или поток на выходе в номинале независимо от высоты подачи, или его вовсе нет. Они еще более компактны и легки, но, чтобы на крутопадающей ВХ выдержать режим сварки, нужно за время порядка 1 мс реагировать на колебания ΔU2.1 порядка вольта. Электронике это под силу, поэтому трансформаторы с «крутой» ВХ нередко применяются в сварочных полуавтоматах. Если же от такого трансформатора варить вручную, то шов пойдет вялый, недоваренный, дуга опять же неэластичная, а при попытках зажечь ее снова электрод то и дело залипает.

Магнитопроводы

Типы магнитопроводов, пригодных для изготовления сварочных трансформаторов, показаны на рис. Наименования их начинаются с буквосочетания соотв. типоразмера. Л значит ленточный. Для сварочного трансформатора Л или без Л – существенной разницы нет. Если в префиксе есть М (ШЛМ, ПЛМ, ШМ, ПМ) – в игнор без обсуждения. Это железо уменьшенной высоты, для сварочника непригодное при всех прочих выдающихся достоинствах.

После букв типономинала следуют цифры, обозначающие a, b и h на рис. Напр., у Ш20х40х90 размеры поперечного сечения керна (центрального стержня) 20х40 мм (a*b), а высота окна h – 90 мм. Площадь сечения сердечника Sс = a*b; площадь окна Sок = c*h нужна для точного расчета трансформаторов. Мы ею пользоваться не будем: для точного расчета нужно знать зависимости потерь в стали и меди от величины индукции в сердечнике данного типоразмера, а для них – марку стали. Где мы ее возьмем, если мотать будем на случайном железе? Мы посчитаем по упрощенной методике (см. далее), а потом доведем в ходе испытаний. Труда уйдет больше, но зато получим сварку, на которой можно реально работать.

Примечание: если железо ржавое с поверхности, то ничего, свойства трансформатора от этого не пострадают. А вот если на нем есть пятна цветов побежалости – это брак. Когда-то этот трансформатор очень сильно перегрелся и магнитные свойства его железа необратимо испортились.

Еще один важный параметр магнитопровода – его масса, вес. Поскольку удельная плотность стали неизменна, он определяет объем сердечника, и, соотв., мощность, которую с нее можно взять. Для изготовления сварочных трансформаторов пригодны магнитопроводы массой:

• О, ОЛ – от 10 кг.
• П, ПЛ – от 12 кг.
• Ш, ШЛ – от 16 кг.

Почему Ш и ШЛ нужны тяжелее, понятно: у них есть «лишний» боковой стержень с «плечиками». ОЛ может быть легче, потому что в нем нет углов, на которые нужен излишек железа, а изгибы силовых магнитных линий плавнее и по некоторым другим причинам, о которых – уже в след. разделе.

О, ОЛ

Себестоимость трансформаторов на торах высока вследствие сложности их намотки. Поэтому использование тороидальных сердечников ограничено. Подходящий для сварки тор можно, во-первых, извлечь из ЛАТРа – лабораторного автотрансформатора. Лабораторный, значит не должен бояться перегрузок, и железо ЛАТРов обеспечивает ВХ, близкую к нормальной. Но…

ЛАТР – штука очень полезная, первое. Если сердечник еще жив, лучше ЛАТР восстановить. Вдруг не нужен, можно продать, и вырученного хватит на пригодную для своих нужд сварку. Поэтому «голые» сердечники ЛАТРов найти сложно.

Второе – ЛАТРы мощностью до 500 ВА для сварки слабы. От железа ЛАТР-500 можно добиться сварки электродом 2,5 в режиме: 5 мин варим – 20 мин он остывает, а мы накаляемся. Как в сатире Аркадия Райкина: раствор бар, кирпич йок. Кирпич бар, раствор йок. ЛАТРы же 750 и 1000 – большая редкость и годные.

Еще подходящий по всем свойствам тор – статор электромотора; сварка из него получится хоть на выставку. Но найти его не легче, чем железо ЛАТРа, а мотать на него много сложнее. Вообще, сварочный трансформатор из статора электродвигателя – отдельная тема, столько там сложностей и нюансов. Прежде всего – с навивкой толстого провода на «бублик». Не имея опыта намотки тороидальных трансформаторов, вероятность испортить дорогой провод, а сварки не получить, близка к 100%. Поэтому, увы, со с варочным аппаратом на троидальн6ом трансформаторе придется повременить.

Ш, ШЛ

Броневые сердечники конструктивно рассчитаны на минимальное рассеяние, и нормировать его практически невозможно. Сварка на обычном Ш или ШЛ получится слишком жесткой. Кроме того, условия охлаждения обмоток на Ш и ШЛ наихудшие. Единственно пригодные для сварочного трансформатора броневые сердечники – увеличенной высоты с разнесенными галетными обмотками (см. далее), слева на рис. Разделяются обмотки диэлектрическими немагнитными термостойкими и механически прочными прокладками (см. далее) толщиной в 1/6-1/8 высоты керна.

Шихтуется (собирается из пластин) сердечник Ш для сварки обязательно вперекрышку, т.е. пары ярмо-пластина поочередно ориентируются туда-обратно относительно друг друга. Способ нормирования рассеяния немагнитным зазором для сварочного трансформатора непригоден, т.к. потери дает необратимые.

Если подвернется шихтованный Ш без ярем, но с просечкой пластин между керном и перемычкой (в центре), вам повезло. Шихтуют пластины сигнальных трансформаторов, а сталь на них, для уменьшения искажений сигнала, идет дающая нормальную ВХ изначально. Но вероятность такого везения очень мала: сигнальные трансформаторы на киловаттные мощности – редчайшая диковина.

Примечание: не пытайтесь собрать высокий Ш или ШЛ из пары обычных, как справа на рис. Сплошной прямой зазор, хоть и очень тонкий – необратимое рассеяние и крутопадающая ВХ. Тут потери рассеивания почти аналогичны потерям воды на испарение.

ПЛ, ПЛМ

Наиболее пригодны для сварки сердечники стержневые. Из них – шихтуемые парами одинаковых Г-образных пластин, см. рис., их необратимое рассеяние наименьшее. Второе, обмотки П и ПЛов мотаются точно одинаковыми половинками, по половине витков на каждую. Малейшая магнитная или токовая асимметрия – трансформатор гудит, греется, а тока нет. Третье, что может показаться неочевидным не забывшим школьное правило буравчика – обмотки на стержни навиваются в одном направлении . Что-то не так кажется? Магнитный поток в сердечнике обязательно должен быть замкнут? А вы крутите буравчики по току, а не по виткам. Направления-то токов в полуобмотках противоположные, там и магнитные потоки показаны. Можно и проверить, если защита проводки надежная: подать сеть на 1 и 2’, а замкнуть 2 и 1’. Если автомат сразу не выбьет, то трансформатор взвоет и затрясется. Впрочем, кто там знает, что у вас с проводкой. Лучше не надо.

Примечание: можно еще встретить рекомендации – мотать обмотки сварочного П или ПЛ на разных стержнях. Мол, ВХ смягчается. Так-то оно так, но сердечник для этого нужен специальный, со стержнями разного сечения (вторичка на меньшем) и выемками, выпускающими силовые линии в воздух в нужном направлении, см. рис. справа. Без этого – получим крикливый, трясучий и прожорливый, но не варящий трансформатор.

Если есть трансформатор

Защитный автомат на 6,3 А и амперметр переменного тока помогут также определить пригодность старого сварочника, валявшегося бог знает где и черт знает как. Амперметр нужен или бесконтактный индукционный (токовые клещи), или стрелочный электромагнитный на 3 А. Мультиметр с пределами переменного тока будет недопустимо врать, т.к. форма тока в цепи окажется далека от синусоидальной. Еще – жидкостный бытовой термометр с длинной шейкой, или, лучше, цифровой мультиметр с возможностью измерения температуры и щупом для этого. Пошагово процедура испытаний и подготовки к дальнейшей эксплуатации старого сварочного трансформатора производится так:

Расчет сварочного трансформатора

В рунете можно найти разные методики расчета сварочных трансформаторов. При кажущемся разнобое большинство из них верны, но при полном знании свойств стали и/или для конкретного ряда типономиналов магнитопроводов. Предлагаемая методика сложилась в советские времена, когда вместо выбора был дефицит всего. У рассчитанного по ней трансформатора ВХ падает немного крутовато, где-то между кривыми 2 и 3 на рис. в начале. Для резки так годится, а для работ потоньше трансформатор дополняется внешними устройствами (см. далее), растягивающими ВХ по оси тока до кривой 2а.

Основа расчета обычна: дуга стабильно горит под напряжением Uд 18-24 В, а для ее зажигания требуется мгновенный ток в 4-5 раз больший номинального сварочного. Соотв., минимальное напряжение холостого хода Uхх вторички будет 55 В, но для резки, раз из сердечника выжимается все возможное, берем не стандартные 60 В, а 75 В. Больше никак: и по ТБ недопустимо, и железо не вытянет. Еще одна особенность, по тем же причинам – динамические свойства трансформатора, т.е. его способность быстро переходить из режима КЗ (скажем, при замыкании каплями металла) в рабочий, выдерживаются без дополнительных мер. Правда, такой трансформатор склонен к перегреву, но, раз он свой и на глазах, а не дальнем углу цеха или площадки, будем считать это допустимым. Итак:

• По формуле из п.2 пред. списка находим габаритную мощность;
• Находим максимально возможный сварочный ток Iсв = Pг/Uд. 200 А обеспечены, если с железа можно снять 3,6-4,8 кВт. Правда, в 1-м случае дуга будет вялой, и варить можно будет только двойкой или 2,5;
• Рассчитываем рабочий ток первички при максимально допустимом для сварки напряжении сети I1рmax = 1,1Pг(ВА)/235 В. Вообще-то норма на сеть 185-245 В, но для самодельного сварочника на пределе это слишком. Берем 195-235 В;
• По найденному значению определяем ток срабатывания защитного автомата как 1,2I1рmax;
• Принимаем плотность тока первички J1 = 5 А/кв. мм и, пользуясь I1рmax, находим диаметр ее провода по меди d = (4S/3,1415)^0,5. Полный его диаметр при самостоятельном изолировании D = 0,25+d, а если провод готовый – табличный. Для работы в режиме «кирпич бар, раствор йок» можно взять J1 = 6-7 А/кв. мм, но только, если нужного провода нет и не предвидится;
• Находим количество витков на вольт первички: w = k2/Sс, где k2 = 50 для Ш и П, k2 = 40 для ПЛ, ШЛ и k2 = 35 для О, ОЛ;
• Находим общее к-во ее витков W = 195k3w, где k3 = 1,03. k3 учитывает потери энергии обмоткой на рассеяние и в меди, что формально выражается несколько абстрактным параметром собственного падения напряжения обмотки;
• Задаемся коэффициентом укладки Kу = 0,8, добавляем по 3-5 мм к a и b магнитопровода, рассчитываем к-во слоев обмотки, среднюю длину витка и метраж провода
• Рассчитываем аналогично вторичку при J1 = 6 А/кв. мм, k3 = 1,05 и Kу = 0,85 на напряжения 50, 55, 60, 65, 70 и 75 В, в этих местах будут отводы для грубой подгонки режима сварки и компенсации колебаний питающего напряжения.

Намотка и доводка

Диаметры проводов в расчете обмоток получаются как правило больше 3 мм, а лакированные обмоточные провода с d>2,4 мм в широкой продаже редки. Кроме того, обмотки сварочника испытывают сильные механические нагрузки от электромагнитных сил, поэтому готовые провода нужны с дополнительной текстильной обмоткой: ПЭЛШ, ПЭЛШО, ПБ, ПБД. Найти их еще труднее, и стоят они очень дорого. Метраж же провода на сварочник таков, что более дешевые голые провода возможно изолировать самостоятельно. Дополнительное преимущество – свив до нужного S несколько многожильных проводов, получим провод гибкий, мотать которым куда легче. Кто пробовал уложить на каркас вручную шину хотя бы в 10 квадратов, оценит.

Изолирование

Допустим, есть в наличии провод 2,5 кв. мм в ПВХ изоляции, а на вторичку надо 20 м на 25 квадратов. Готовим 10 катушек или бухт по 25 м. Отматываем с каждой примерно по 1 м провода и снимаем штатную изоляцию, она толстая и не термостойкая. Оголенные провода скручиваем парой пассатижей в ровную тугую косу, а ее обматываем, в порядке нарастания стоимости изоляции:

1. Малярным скотчем с нахлестом витков 75-80%, т.е. в 4-5 слоев.
2. Миткалевой тесьмой с нахлестом в 2/3-3/4 витка, т.е в 3-4 слоя.
3. Х/б изолентой с нахлестом в 50-67%, в 2-3 слоя.

Примечание: провод для вторичной обмотки готовится и мотается она после намотки и испытаний первичной, см. далее.

Намотка

Тонкостенный самодельный каркас не выдержит давления витков толстого провода, вибраций и рывков при работе. Поэтому обмотки сварочных трансформаторов делают бескаркасными галетными, а на сердечнике закрепляют клиньями из текстолита, стеклотекстолита или, в крайнем случае, пропитанной жидким лаком (см. выше) бакелитовой фанеры. Инструкция по намотке обмоток сварочного трансформатора такова:

• Готовим деревянную бобышку высотой по высоте обмотки и с размерами в поперечнике на 3-4 мм больше a и b магнитопровода;
• Прибиваем или прикручиваем к ней временные фанерные щеки;
• Временный каркас обматываем в 3-4 слоя тонкой полиэтиленовой пленкой с заходом на щеки и заворотом на их внешнюю сторону, чтобы провод не приклеился к дереву;
• Мотаем предварительно изолированную обмотку;
• По намотке дважды пропитываем до протекания насквозь жидким лаком;
• по высыхании пропитки аккуратно снимаем щеки, выдавливаем бобышку и отдираем пленку;
• обмотку в 8-10 местах равномерно по окружности туго обвязываем тонки шнуром или пропиленовым шпагатом – она готова к испытаниям.

Доводка и домотка

Шихтуем сердечник в галету и стягиваем его болтами, как положено. Испытания обмотки производятся полностью аналогично испытаниям сомнительного готового трансформатора, см. выше. Лучше воспользоваться ЛАТРом; Iхх при входном напряжении 235 В не должен превышать 0,45 А на 1 кВА габаритной мощности трансформатора. Если больше – первичку доматывают. Соединения провода обмотки делаются на болтах (!), изолируются термоусаживаемой трубкой (ТУТ) в 2 слоя или х/б изолентой в 4-5 слоев.

По результатам испытаний корректируется число витков вторички. Напр., расчет дал 210 витков, а реально Iхх влез в норму при 216. Тогда расчетные витки секций вторички умножаем на 216/210 = 1,03 прибл. Не пренебрегайте знаками после запятой, от них во многом зависит качество трансформатора!

После доводки сердечник разбираем; галету туго обматываем теми же малярным скотчем, миткалем или «тряпочной» изолентой в 5-6, 4-5 или 2-3 слоя соотв. Мотать поперек витков, а не по ним! Теперь еще раз пропитываем жидким лаком; когда просохнет – дважды неразбавленным. Эта галета готова, можно делать вторичную. Когда обе будут на сердечнике, еще раз испытываем теперь уже трансформатор на Iхх (вдруг где-то завитковало), закрепляем галеты и весь трансформатор пропитываем нормальным лаком. Уф-ф, самая муторная часть работы позади.

Тянем ВХ

Но он у нас пока слишком крут, не забыли? Нужно умягчить. Простейший способ – резистор во вторичной цепи – нам не подходит. Все очень просто: на сопротивлении всего лишь 0,1 Ом при токе 200 рассеется теплом 4 кВт. Если у нас сварочник на 10 и более кВА, а варить нужно тонкий металл, резистор нужен. Какой бы ни был ток выставлен регулятором, его выбросы при зажигании дуги неизбежны. Без активного балласта они местами пережгут шов, а резистор их погасит. Но нам, маломощным, он него толку не будет.

Реактивный балласт (катушка индуктивности, дроссель) лишней мощности не отберет: она поглотит выбросы тока, а потом плавно отдаст их дуге, это и растянет ВХ как надо. Но тогда нужен дроссель с регулировкой рассеяния. А для него – сердечник почти такой же, как и у трансформатора, и довольно сложная механика, см. рис.

Мы пойдем другим путем: применим активно-реактивный балласт, у старых сварщиков в просторечии именуемый кишкой, см. рис. справа. Материал – стальная проволока-катанка 6 мм. Диаметр витков – 15-20 см. Сколько их – на рис. видно, для мощности до 7 кВА эта кишка правильная. Воздушные промежутки между витками – 4-6 см. С трансформатором активно-реактивный дроссель соединяется дополнительным отрезком сварочного кабеля (шланга, попросту), а электрододержатель присоединяется к нему зажимом-прищепкой. Подбирая точку присоединения, можно, вкупе с переключением на отводы вторички, точно настроить рабочий режим дуги.

Примечание: активно-реактивный дроссель в работе может греться докрасна, поэтому ему необходима несгораемая термопрочная диэлектрическая немагнитная подкладка. По идее, специальный керамический ложемент. Допустима замена его сухой песчаной подушкой, или уже формально с нарушением, но не грубым, сварочную кишку укладывают на кирпичи.

А остальное?

Это значит прежде всего – электрододержатель и присоединительное устройство обратного шланга (зажим, прищепка). Их, раз у нас трансформатор на пределе, нужно купить готовые, а таких, как на рис. справа, не надо. Для сварочного аппарата на 400-600 А качество контакта в держателе мало ощутимо, и просто приматывание обратного шланга он тоже выдержит. А наш самодельный, работающий с натугой, может забарахлить вроде бы непонятно отчего.

Далее, корпус аппарата. Его нужно делать из фанеры; желательно бакелитовой пропитанной, как описано выше. Днище – толщиной от 16 мм, панель с клеммником – от 12 мм, а стенки и крышку – от 6 мм, чтобы при переноске не оторвались. Почему не листовая сталь? Она ферромагнетик и в поле рассеяния трансформатора может нарушить его работу, т.к. мы вытягиваем из него все, что возможно.

Что до клеммных колодок, то самые клеммы делаются из болтов от М10. Основа – те же текстолит или стеклотекстолит. Гетинакс, бакелит и карболит не годятся, довольно скоро пойдут крошиться, трескаться и расслаиваться.

Пробуем постоянку

Сварка постоянным током имеет ряд преимуществ, но ВХ любого сварочного трансформатора на постоянке ужесточается. А у нашего, рассчитанного на минимально возможный запас по мощности, станет недопустимо жесткой. Дроссель-кишка тут уже не поможет, даже если бы он работал на постоянном токе. Кроме того, надо защитить дорогущие выпрямительные диоды на 200 А от бросков тока и напряжения. Нужен возвратно-поглощающий фильтр инфранизких частот, ФИНЧ. Хотя на вид он отражающий, но нужно учесть сильную магнитную связь между половинами катушки.

Известная много лет схема такого фильтра дана на рис. Но сразу же по ее внедрении любителями выяснилось, что рабочее напряжение конденсатора С мало: выбросы напряжения при зажигании дуги могут достигать 6-7 значений ее Uхх, т.е.450-500 В. Далее, конденсаторы нужны выдерживающие циркуляцию большой реактивной мощности, только и только масляно-бумажные (МБГЧ, МБГО, КБГ-МН). О массогабаритах одинарных «банок» этих типов (кстати, и не дешевых) дает представление след. рис., а на батарею их понадобится 100-200.

С магнитопроводом катушки проще, хотя и не совсем. Для него подойдут 2 ПЛа силового трансформатора ТС-270 от старых ламповых телевизоров-«гробов» (данные есть в справочниках и в рунете), или аналогичные, или ШЛ с похожими либо большими a, b, c и h. Из 2-х ПЛов собирают ШЛ с зазором, см. рис., в 15-20 мм. Фиксируют его текстолитовыми или фанерными прокладками. Обмотка – изолированный провод от 20 кв. мм, сколько влезет в окно; 16-20 витков. Мотают ее в 2 провода. Конец одного соединяют с началом другого, это будет средняя точка.

Настройка фильтра производится по дуге на минимальном и макисмальном значениях Uхх. Если дуга на минимале вялая, электрод липнет, зазор уменьшают. Если на максимале жжет металл – увеличивают или, что будет эффективнее, срезают симметрично часть боковых стержней. Чтобы сердечник от этого не рассыпался, его пропитывают жидким, а потом нормальным лаком. Найти оптимум индуктивности довольно трудно, но зато потом сварка работает безукоризненно и на переменном токе.

Микродуга

О назначении микродуговой сварки сказано вначале. «Аппаратура» для нее предельно проста: понижающий трансформатор 220/6,3 В 3-5 А. В ламповые времена радиолюбители подключались к накальной обмотке штатного силового трансформатора. Один электрод – сама скрутка проводов (можно медь-алюминий, медь-сталь); другой – графитовый стерженек вроде грифеля от карандаша 2М.

Сейчас для микродуговой сварки используют более компьютерные блоки питания, или, для импульсной микродуговой сварки, батареи конденсаторов, см. видео ниже. На постоянном токе качество, работы, разумеется, улучшается.

Видео: самодельный аппарат для сварки скруток

Видео: сварочный аппарат своими руками из конденсаторов

Контакт! Есть контакт!

Контактная сварка в промышленности используется преимущественно точечная, шовная и стыковая. В домашних условиях, прежде всего по энергопотреблению, осуществима импульсная точечная. Пригодна она для сваривания и приваривания тонких, от 0,1 до 3-4 мм, стальных листовых деталей. Дуговая сварка тонкостенку прожжет, а если деталь с монетку и менее, то самая мягкая дуга сожжет ее целиком.

Принцип действия точечной контактной сварки иллюстрирует рис: медные электроды с силой сжимают детали, импульс тока в зоне омического сопротивления сталь-сталь нагревает металл до того, что происходит электродиффузия; металл не плавится. Ток для этого нужен ок. 1000 А на 1 мм толщины свариваемых деталей. Да, ток в 800 А прихватит листы по 1 и даже 1,5 мм. Но если это не поделка для забавы, а, допустим, оцинкованный профнастил забора, то первый же сильный порыв ветра напомнит: «Мужик, а ток-то слабоват был!»

Тем не менее, контактная точечная сварка намного экономичнее дуговой: напряжение холостого хода сварочного трансформатора для нее – 2 В. Оно складывается 2-х контактных разностей потенциалов сталь-медь и омического сопротивления зоны провара. Рассчитывается трансформатор для контактной сварки аналогично ему же для дуговой, но плотность тока во вторичной обмотке берут 30-50 и более А/кв. мм. Вторичка контактно-сварочного трансформатора содержит 2-4 витка, хорошо охлаждается, а его коэффициент использования (отношение времени сварки к времени работы на холостом ходу и остывания) многократно ниже.

В рунете немало описаний самодельных импульсно-точечных сварочников из негодных микроволновок. Они, в общем-то, правильные, а в повторении, как написано в «1001 ночи», пользы нет. И старые микроволновки на помойках кучами не валяются. Поэтому займемся конструкциями менее известными, но, между прочим, более практичными.

На рис. – устройство простейшего аппарата для импульсной точечной сварки. Им можно сваривать листы до 0,5 мм; для мелких поделок он подходит отлично, а магнитопроводы такого и большего типоразмера относительно доступны. Его достоинство, помимо простоты – прижим ходовой штанги сварочных клещей грузом. Для работы с контактно-сварочным импульсником не помешала бы и третья рука, а если одной приходится с силой сжимать клещи, то вообще неудобно. Недостатки – повышенная аварийно- и травмоопасность. Если случайно дать импульс, когда электроды сведены без свариваемых деталей, то из клещей ударит плазма, полетят брызги металла, защиту проводки вышибет, а электроды сплавятся намертво.

Вторичная обмотка – из медной шины 16х2. Ее можно набрать из полосок тонкой листовой меди (получится гибкая) или сделать из отрезка сплющенной трубки подачи хладоагента бытового кондиционера. Изолируется шина вручную, как описано выше.

Здесь на рис. – чертежи аппарата импульсной точечной сварки помощнее, на сварку листа до 3 мм, и понадежнее. Благодаря довольно мощной возвратной пружине (от панцирной сетки кровати) случайное схождение клещей исключено, а эксцентриковый прижим обеспечивает сильное стабильное сжатие клещей, от чего существенно зависит качество сварного стыка. В случае чего прижим можно мгновенно сбросить одним ударом по рычагу эксцентрика. Недостаток – изолирующие узлы клещей, их слишком много и они сложные. Еще один – алюминиевые штанги клещей. Они, во-первых, не столь прочны, как стальные, во-вторых, это 2 ненужных контактных разности. Хотя теплоотвод по алюминию, безусловно, отличный.

Об электродах

В любительских условиях целесообразнее изолировать электроды в месте установки, как показано на рис. справа. Дома не конвейер, аппарату всегда можно дать остыть, чтобы изолирующие втулки не перегрелись. Такая конструкция позволит сделать штанги из прочной и дешевой стальной профтрубы, а еще удлинить провода (до 2,5 м это допустимо) и пользоваться контактно-сварочным пистолетом или выносными клещами, см. рис. ниже.

На рис. справа видна еще одна особенность электродов для точечной контактной сварки: сферическая контактная поверхность (пятка). Плоские пятки долговечнее, поэтому электроды с ними широко используются в промышленности. Но диаметр плоской пятки электрода должен быть равен 3-м толщинам прилегающего свариваемого материала, иначе пятно провара пережжется или в центре (широкая пятка), или по краям (узкая пятка), и от сварного стыка пойдет коррозия даже по нержавейке.

Последний момент об электродах – их материал и размеры. Красная медь быстро выгорает, поэтому покупные электроды для контактной сварки делают из меди с присадкой хрома. Такими следует пользоваться, при нынешних ценах на медь это более чем оправдано. Диаметр электрода берут в зависимости от режима его использования в расчете на плотность тока 100-200 А/кв. мм. Длина электрода по условиям теплопередачи не менее 3-х его диаметров от пятки до корня (начала хвостовика).

Как давать импульс

В простейших самодельных аппаратах импульсно-контактной сварки импульс тока дают вручную: просто включают сварочный трансформатор. Это ему, конечно, на пользу не идет, а сварка – то непровар, то пережог. Однако автоматизировать подачу и нормировать сварочные импульсы не так уж сложно.

Схема простого, но надежного и проверенного долгой практикой формирователя сварочных импульсов дана на рис. Вспомогательный трансформатор Т1 – обычный силовой на 25-40 Вт. Напряжение обмотки II – по лампочке подсветки. Можно вместо нее поставить 2 включенных встречно-параллельно светодиода с гасящим резистором (обычным, на 0,5 Вт) 120-150 Ом, тогда напряжение II будет 6 В.

Напряжение III – 12-15 В. Можно 24, тогда конденсатор С1 (обычный электролитический) нужен на напряжение 40 В. Диоды V1-V4 и V5-V8 – любые выпрямительные мосты на 1 и от 12 А соотв. Тиристор V9 – на 12 и более А 400 В. подойдут оптотиристоры из компьютерных блоков питания или ТО-12,5, ТО-25. Резистор R1 – проволочный, им регулируют длительность импульса. Трансформатор Т2 – сварочный.

1.1. Общие сведения.

В зависимости от используемого для сварки типа тока, различают сварочные аппараты постоянного и переменного тока. Сварочные аппараты с использованием малых постоянных токов применяют при сварке тонколистового металла, в частности, кровельной и автомобильной стали. Сварочная дуга в этом случае более устойчива и при этом сварка может происходить как на прямой, так и на обратной полярности, подаваемого постоянного напряжения.

На постоянном токе можно варить электродной проволокой без обмазки и электродами, которые предназначены для сваривания металлов при постоянном или переменном токе. Для придания горения дуги на малых токах желательно иметь на сварочной обмотке повышенное напряжение холостого хода U хх до 70...75 В. Для выпрямления переменного тока, как правило, используют мостовые выпрямители на мощных диодах с радиаторами охлаждения (Рис. 1).

Рис.1 Принципиальная электрическая схема мостового выпрямителя сварочного аппарата, с указанием полярности при сварке тонколистового металла

Для сглаживания пульсаций напряжения один из выводов СА подсоединяют к держателю электродов через Т-образный фильтр, состоящего из дросселя L1 и конденсатора С1. Дроссель L1 представляет собой катушку из 50...70 витков медной шины с отводом от середины сечением S=50 мм 2 намотанную на сердечнике, например, от понижающего трансформатора ОСО-12, или более мощного. Чем больше сечение железа сглаживающего дросселя, тем менее вероятность того, что его магнитная система войдет в насыщение. При вхождении магнитной системы в насыщение при больших токах (например при резке) индуктивность дросселя скачкообразно уменьшается и соответственно сглаживание тока происходить не будет. Дуга при этом будет гореть неустойчиво. Конденсатор С1 представляет собой батарею конденсаторов типа МБМ, МБГ или им подобных емкостью 350-400 мкФ на напряжение не ниже 200 В

Характеристики мощных диодов и их импортных аналогов можно . Или по ссылке можно скачать справочник по диодам из серии «В помощь радиолюбителю № 110»

Для выпрямления и плавного регулирования сварочного тока используют схемы на мощных управляемых тиристорах, которые позволяют изменять напряжение от 0,1 хх до 0,9U хх. Помимо сварки эти регуляторы могут быть использованы для зарядки аккумуляторных батарей, питания электронагревательных элементов и других целей.

В сварочных аппаратах переменного тока используют электроды диаметром более 2 мм, что позволяет сваривать изделия толщиной более 1,5 мм. В процессе сварки ток достигает десятки ампер и дуга горит достаточно устойчиво. В таких сварочных аппаратах используют специальные электроды, которые предназначены только для сварки на переменном токе..

Для нормальной работы сварочного аппарата необходимо выполнить ряд условий. Величина выходного напряжения должна быть достаточной для надежного зажигания дуги. Для любительского сварочного аппарата U хх =60...65В. Для безопасности проведения работ более высокое выходное напряжение холостого хода не рекомендуется, у промышленных сварочных аппаратов для сравнения U хх может составлять 70..75 В..

Величина напряжения сварки I св должна обеспечивать устойчивое горение дуги, в зависимости от диаметра электрода. Величина напряжения сварки U св может составлять 18...24 В.

Номинальный сварочный ток должен составлять:

I св =KK 1 *d э , где

I св - величина сварочного тока, А;

K 1 =30...40 - коэффициент, зависящий от типа и размера электрода d э , мм.

Ток короткого замыкания не должен превышать номинальный сварочный ток более чем на 30...35%.

Замечено, что устойчивое горение дуги возможно в том случае, если сварочный аппарат имеет падающую внешнюю характеристику, которая определяет зависимость между силой тока и напряжением в сварочной цепи. (рис.2)

Рис.2 Падающая внешняя характеристика сварочного аппарата:

В домашних условиях, как показывает практика, собрать универсальный сварочный аппарат на токи то 15...20 до 150...180 А достаточно сложно. В связи с этим, конструируя сварочный аппарат, не следует стремится к полному перекрытию диапазона сварочных токов. Целесообразно на первом этапе собрать сварочный аппарат для работы с электродами диаметром 2...4 мм, а на втором этапе, в случае необходимости работы на малых токах сварки, дополнить его отдельным выпрямительным устройством с плавным регулированием сварочного тока.

Анализ конструкций любительских сварочных аппаратов в домашних условиях позволяет сформулировать ряд требований, которые должны быть выполнены при их изготовлении:

• Небольшие габариты и вес
• Питание от сети 220 В
• Длительность работы должна составлять не менее 5...7 электродов d э =3...4 мм

Вес и габариты аппарата напрямую зависят от мощности аппарата и могут быть снижены, благодаря уменьшению его мощности. Продолжительность работы сварочного аппарата зависит от материала сердечника и теплостойкости изоляции обмоточных проводов. Для увеличения времени сварочных работ необходимо использовать для сердечника сталь с высокой магнитной проницаемостью.

1. 2. Выбор типа сердечника.

Для изготовления сварочных аппаратов используют в основном магнитопроводы стержневого типа, поскольку в исполнении они более технологичны. Сердечник сварочного аппарата можно набрать из пластин электротехнической стали любой конфигурации толщиной 0,35...0,55 мм и стянуть шпильками, изолированными от сердечника (Рис. 3).

Рис.3 Магнитопровод стержневого типа:

При подборе сердечника необходимо учитывать размеры "окна", чтобы поместились обмотки сварочного аппарата, и площадь поперечного сердечника (ярма) S=a*b , см 2 .

Как показывает практика, не следует выбирать минимальные значения S=25..35 см 2 , поскольку сварочный аппарат не будет иметь требуемый запас мощности и будет трудно получить качественную сварку. А отсюда, как следствие, возможность перегрева аппарата после непродолжительной работы. Чтобы этого не было, сечение сердечника сварочного аппарата должно составлять S=45..55 см 2 . Хотя при этом сварочный аппарат будет несколько тяжелее, но будет работать надежно!

Следует заметить, что любительские сварочные аппараты на сердечниках тороидального типа имеют электротехнические характеристики в 4...5 раз выше, чем у стержневого, а отсюда и небольшие электропотери. Изготовить сварочный аппарат с использованием сердечника тороидального типа сложнее, чем с сердечником стержневого типа. Это связано, в основном, с размещением обмоток на торе и сложностью самой намотки. Однако, при правильном подходе они дают хорошие результаты. Сердечники изготавливают из ленточного трансформаторного железа, свернутого в рулон в форме тора.

Рис. 4 Магнитопровод тороидального типа:

Для увеличения внутреннего диаметра тора ("окна") с внутренней стороны отматывают часть стальной ленты и наматывают на внешнюю сторону сердечника (Рис. 4). После перемотки тора эффективное сечение магнитопровода уменьшиться, поэтому частично придется подмотать тор железом с другого автотрансформатора до тех пор, пока сечение S не будет равно как минимум 55 см 2 .

Электромагнитные параметры такого железа чаще всего неизвестны, поэтому их с достаточной точностью можно определить экспериментально .

1. 3. Выбор провода обмоток.

Для первичных (сетевых) обмоток сварочного аппарата лучше использовать специальный термостойкий медный обмоточный провод в хлопчатобумажной или стеклотканевой изоляции. Удовлетворительной теплостойкостью обладают также провода в резиновой или резинотканевой изоляции. Не рекомендуется использовать для работы при повышенной температуре провода в полихлорвиниловой изоляции (ПХВ) изоляции из-за возможного её плавления, вытекания из обмоток и короткого замыкания витков. Поэтому полихлорвиниловую изоляцию с проводов необходимо либо снять и обмотать провода по всей длине хлопчатобумажной изоляционной лентой, либо вообще не снимать, а обмотать провод поверх изоляции.

При подборе сечения обмоточных проводов с учетом периодической работы сварочного аппарата допускается плотность тока 5 А/мм2. Мощность вторичной обмотки можно рассчитать по формуле P 2 =I св *U св . Если сварка ведется электродом dэ=4 мм, при токе 130...160 А, то мощность вторичной обмотки составит: Р 2 =160*24=3,5...4 кВт , а мощность первичной обмотки с учетом потерь составит порядка 5...5,5 кВт . Исходя из этого, максимальный ток в первичной обмотке может достигать 25 А . Следовательно, площадь сечения провода первичной обмотки S 1 должна быть не менее 5..6 мм 2 .

На практике площадь сечения провода желательно взять несколько больше, 6...7 мм 2 . Для намотки берется прямоугольная шина или медный обмоточный провод диаметром 2,6...3 мм без учета изоляции. Площадь сечения S намоточного провода в мм2 вычисляют по формуле: S=(3,14*D 2)/4 или S=3,14*R 2 ; D - диаметр голого медного провода, измеренный в мм. При отсутствии провода нужного диаметра, намотку можно вести в два провода подходящего сечения. При использовании алюминиевого провода его сечение необходимо увеличить в 1,6..1,7 раза.

Число витков первичной обмотки W1 определяется из формулы:

W 1 =(k 2 *S)/U 1 , где

k 2 - постоянный коэффициент;

S - площадь сечения ярма в см 2

Можно упростить расчет применив для расчета специальную программу Сварочный калькулятор

При W1=240 витков делают отводы от 165, 190 и 215 витков, т.е. через каждые 25 витков. Большее количество отводов сетевой обмотки, как показывает практика, нецелесообразно.

Это связано с тем, что за счет уменьшения числа витков первичной обмотки увеличивается как мощность сварочного аппарата, так и U хх, что приводит к повышению напряжения горения дуги и ухудшению качества сварки. Изменением только числа витков первичной обмотки добиться перекрытия диапазона сварочных токов без ухудшения качества сварки не удается. В этом случае необходимо предусмотреть переключение витков вторичной (сварочной) обмотки W 2 .

Вторичная обмотка W 2 должна содержать 65...70 витков медной изолированной шины сечением не менее 25 мм2 (лучше сечением 35 мм2). Для намотки вторичной обмотки подходит также гибкий многожильный провод, например, сварочный, и трехфазный силовой многожильный кабель. Главное, чтобы сечение силовой обмотки не было меньше требуемого, а изоляция провода была теплостойкой и надежной. При недостаточном сечении провода возможна намотка в два и даже в три провода. При использовании алюминиевого провода его сечение необходимо увеличить в 1,6...1,7 раза. Выводы сварочной обмотки обычно заводят через медные наконечники под клеммные болты диаметром 8...10 мм (Рис. 5).

1.4. Особенности намотки обмоток.

Существуют следующие правила намотки обмоток сварочного аппарата:

• Намотка должна производится по изолированному ярму и всегда в одном направлении (например, по часовой стрелке).
• Каждый слой обмотки изолируют слоем хлопчатобумажной изоляции (стеклоткани, электрокартона, кальки), желательно с пропиткой бакелитовым лаком.
• Выводы обмоток залуживают, маркируют, закрепляют хлопчатобумажной тесьмой, а на выводы сетевой обмотки дополнительно надевают хлопчатобумажный кембрик.
• При некачественной изоляции провода, намотку можно производить в два провода, один из которых хлопчатобумажный шнур или хлопчатобумажная нить для рыболовства. После намотки одного слоя обмотку с хлопчатобумажной нитью фиксируют клеем (или лаком) и только после его высыхания наматывают следующий ряд.

Сетевую обмотку на магнитопроводе стержневого типа можно расположить двумя основными способами. Первый способ позволяет получить более "жесткий" режим сварки. Сетевая обмотка при этом состоит из двух одинаковых обмоток W1, W2, расположенных на разных сторонах сердечника, соединенных последовательно и имеющих одинаковое сечение проводов. Для регулировки выходного тока на каждой из обмоток делают отводы, которые попарно замыкаются (Рис. 6 а, б )

Рис. 6. Способы намотки обмоток СА на сердечнике стержневого типа:

Второй способ намотки первичной (сетевой) обмотки представляет намотку провода на одной из сторон сердечника (рис. 6 в, г ). В этом случае сварочный аппарат имеет крутопадающую характеристику, варит "мягко", длина дуги меньше влияет на величину сварочного тока, а следовательно, и на качество сварки.

После намотки первичной обмотки сварочного аппарата необходимо проверить на наличие короткозамкнутых витков и правильность выбранного числа витков. Сварочный трансформатор включают в сеть через плавкий предохранитель (4...6 А) и если есть амперметр переменного тока. Если предохранитель сгорает или сильно греется - это явный признак короткозамкнутого витка. В этом случае первичную обмотку необходимо перемотать, обратив особое внимание на качество изоляции.

Если сварочный аппарат сильно гудит, а потребляемый ток превышает 2...3 А, то это означает, что число витков первичной обмотки занижено и необходимо подмотать еще некоторое количество витков. Исправный сварочный аппарат должен потреблять ток на холостом ходу не более 1..1,5 А, не греться и сильно не гудеть.

Вторичную обмотку сварочного аппарата всегда наматывают на двух сторонах сердечника. По первому способу намотки вторичная обмотка состоит из двух одинаковых половин, включенных для повышения устойчивости дуги встречно-параллельно (Рис. 6 б). В этом случае сечение провода можно взять несколько меньше, то есть 15..20 мм 2 . При намотке вторичной обмотки по второму способу, вначале на свободной от обмоток стороне сердечника наматывается 60...65% от общего числа ее витков.

Эта обмотка служит, в основном, для поджога дуги, а во время сварки, за счет резкого увеличения рассеивания магнитного потока, напряжение на ней падает на 80...90%. Остальное количество витков вторичной обмотки в виде дополнительной сварочной обмотки W 2 наматывается поверх первичной. Являясь силовой, она поддерживает в требуемых пределах напряжение сварки, а следовательно, и сварочный ток. Напряжение на ней падает в режиме сварки на 20...25% относительно напряжения холостого хода.

Намотка обмоток сварочного аппарата на сердечнике тороидального типа можно также произвести несколькими способами (Рис. 7 ).

Способы намотки обмоток сварочного аппарата на тороидальном сердечнике.

Переключение обмоток в сварочных аппаратах проще сделать с помощью медных наконечников и клемм. Медные наконечники в домашних условиях можно изготовить из медных трубок подходящего диаметра длиной 25...30 мм, закрепив в них провода опрессовкой или пайкой. При сварке в различных условиях (сильная или слаботочная сеть, длинный или короткий подводящий кабель, его сечение и т.д.) переключением обмоток настраивают сварочный аппарат на оптимальный режим сварки, и далее переключатель можно установить в нейтральное положение.

1.5. Настройка сварочного аппарата.

Изготовив сварочный аппарат, домашний электрик должен произвести его настройку и проверку качества сварки электродами различного диаметра. Процесс настройки заключается в следующем. Для измерения сварочного тока и напряжения нужны: вольтметр переменного тока на 70...80 В и амперметр переменного тока на 180...200 А. Схема подключения измерительных приборов показана на (Рис. 8 )

Рис. 8 Принципиальная схема подключения измерительных приборов при настройке сварочного аппарата

При сварке различными электродами снимают значения тока сварки - I св и напряжения сварки U св, которые должны находится в требуемых пределах. Если сварочный ток мал, что бывает чаще всего (электрод липнет, дуга неустойчивая), то в этом случае переключением первичной и вторичной обмоток устанавливают требуемые значения, или перераспределяют количество витков вторичной обмотки (без их увеличения) в сторону увеличения числа витков, намотанных поверх сетевой обмотки.

После сварки необходимо проконтролировать качество сварки: глубину провара и толщину наплавленного слоя металла. Для этой цели разламывают или распиливают кромки свариваемых изделий. По результатам измерений желательно составить таблицу. Анализируя полученные данные, выбирают оптимальные режимы сварки для электродов различного диаметра, помня о том, что при сварке электродами, например, диаметром 3 мм, электродами диаметром 2 мм можно резать, т.к. ток резки больше сварочного на 30...25%.

Подключение сварочного аппарата к сети должно производится проводом сечением 6...7 мм через автомат на ток 25...50 А, например АП-50.

Диаметр электрода, в зависимости от толщины свариваемого металла, можно выбрать, исходя из следующего соотношения: dэ=(1...1,5)*В, где В - толщина свариваемого металла, мм. Длина дуги выбирается в зависимости от диаметра электрода и в среднем равна (0,5...1,1)dэ. Рекомендуется выполнять сварку короткой дугой 2...3 мм, напряжение которой равно 18...24 В. Увеличение длины дуги приводит к нарушению стабильности ее горения, повышению потерь на угар и разбрызгивание, снижению глубины проплавления основного металла. Чем длиннее дуга, тем выше напряжение сварки. Скорость сварки выбирает сварщик в зависимости от марки и толщины металла.

При сварке на прямой полярности плюс (анод) подсоединяют к детали и минус (катод) - к электроду. Если необходимо, чтобы на детали выделялось меньшее количество тепла, например, при сварке тонколистовых конструкций, то применяют сварку на обратной полярности. В этом случае минус (катод) присоединяют к свариваемой детали, а плюс (анод) - к электроду. При этом не только обеспечивается меньший нагрев свариваемой детали, но и ускоряется процесс расплавления электродного металла за счет более высокой температуры анодной зоны и большего подвода тепла.

Сварочные провода присоединяют к сварочному аппарату через медные наконечники под клеммные болты с наружной стороны корпуса сварочного аппарата. Плохие контактные соединения снижают мощностные характеристики сварочного аппарата, ухудшают качество сварки и могут вызвать их перегрев и даже возгорание проводов.

При небольшой длине сварочных проводов (4..6 м) площадь их сечения должна быть не менее 25 мм 2 .

Во время проведения сварочных работ необходимо соблюдать правила пожарной безопасности, а при настройке аппарата и электробезопасности - во время проведения измерений электроприборами. Сварку следует вести обязательно в специальной маске с защитным стеклом марки С5 (на токи до 150...160 А) и рукавицах. Все переключения в сварочном аппарате обязательно нужно делать только после отключения сварочного аппарата от сети.

2. Переносной сварочный аппарат на основе "Латра".

2.1. Особенность конструкции.

Сварочный аппарат работает от сети переменного тока напряжением 220 В. Особенностью конструкции аппарата является использование необычной форма магнитопровода, благодаря которой вес всего устройства составляет всего 9 кг, а габариты 125х150 мм (Рис. 9 ).

Для магнитопровода трансформатора используется ленточное трансформаторное железо, свернутое в рулон в форме тора. Как известно, в традиционных конструкциях трансформаторов магнитопровод набирается из Ш-образных пластин. Электротехнические характеристики сварочного аппарата, благодаря использованию сердечника трансформатора в виде тора, в 5 раз выше, чем у аппаратов с Ш-образными пластинами, а потери минимальные.

2.2. Доработки «Латра».

Для сердечника трансформатора можно использовать готовый «ЛАТР» типа М2 .

Примечание. Все латры имеют шестивыводную колодку и напряжение: на входе 0-127-220, и на выходе 0- 150 – 250. Есть два вида: большие и маленькие, и называются ЛАТР 1М и 2М. Кто из них какой я не помню. Но, для сварки нужны именно большой ЛАТР с перемотанным железом или, если они исправные, то наматывают шиной вторичные обмотки и после этого первичные обмотки соединяют параллельно, а вторички последовательно. При этом нужно учитывать совпадение направлений токов во вторичной обмотке. Тогда получается что-то похожее на сварочный аппарат, правда варит, как и все тороидальные, немного жестковато.

Можно использовать магнитопровод в виде тора от сгоревшего лабораторного трансформатора. В последнем случае, сначала снимают с «Латра» ограждение, арматуру и удаляют обгоревшую обмотку. Очищенный магнитопровод при необходимости перематывают (см. выше), изолируют электрокартоном или двумя слоями лакоткани и наматывают обмотки трансформатора. Сварочный трансформатор имеет всего две обмотки. Для намотки первичной обмотки используется кусок провода ПЭВ-2 длиной 170 м, диаметром 1,2 мм (Рис. 10 )

Рис. 10 Намотка обмоток сварочного аппарата:

1 - первичная обмотка;	3 - бухта провода;
2 - вторичная обмотка;	4 - ярмо

Для удобства намотки провод предварительно наматывают на челнок в виде деревянной рейки 50х50 мм с прорезями. Однако для большего удобства можно изготовить несложное приспособление для намотки тороидальных силовых трансформаторов

Намотав первичную обмотку, покрывают ее слоем изоляции, а после наматывают вторичную обмотку трансформатора. Вторичная обмотка содержит 45 витков и наматывается медным проводом в хлопчатобумажной или стекловидной изоляции. Внутри сердечника провод располагается виток к витку, а снаружи - с небольшим зазором, что необходимо для лучшего охлаждения. Сварочный аппарат, изготовленный по приведенной методике, способен дать ток 80...185 А. Принципиальная электрическая схема сварочного аппарата приведена на рис. 11.

Рис. 11 Принципиальная электрическая схема сварочного аппарата.

Работа несколько упростится, если удастся приобрести работающий "Латр" на 9 А. Тогда снимают с него ограждение, токосъемный ползунок и крепежную арматуру. Далее определяют и маркируют выводы первичной обмотки на 220 В, а остальные выводы надежно изолируют и временно прижимают к магнитопроводу таким образом, чтобы их не повредить при намотке новой (вторичной) обмотки. Новая обмотка содержит столько же витков и той же марки, и того же диаметра провода, что и в рассмотренном выше варианте. Трансформатор в этом случае дает ток 70...150 А.
Изготовленный трансформатор помещают на изолированную площадку в прежний кожух, предварительно просверлив в нем отверстия для вентиляции (рис. 12))

Рис. 12 Варианты кожуха сварочного аппарата на основе "ЛАТРА".

Выводы первичной обмотки подключаются к сети 220 В кабелем ШРПС или ВРП, при этом в этой цепи следует поставить отключающий автомат АП-25. Каждый вывод вторичной обмотки соединяют с гибким изолированным проводом ПРГ. Свободный конец одного из этих проводов крепится к держателю электрода, а свободный конец другого - к свариваемой детали. Этот же конец провода необходимо заземлять для безопасности сварщика. Регулировка тока сварочного аппарата производится включением последовательно в цепь провода держателя электрода кусков нихромовой или константановой проволоки d=3 мм и длиной 5 м, свернутых «змейкой». «Змейка» крепится к листу асбеста. Все соединения проводов и балластника производятся болтами М10. Перемещая по "змейке" точку присоединения провода, устанавливают необходимый ток. Регулировку тока можно производить с использованием электродов различного диаметра. Для сварки таким аппаратом пользуются электродами типа Э-5РАУОНИИ-13/55-2,0-УД1 dd=1...3 мм.

При проведении сварочных работ для предотвращения ожогов необходимо применять фибровый защитный щиток, снабженный светофильтром Э-1, Э-2. Обязательным является головной убор, спецодежда и рукавицы. Сварочный аппарат следует оберегать от сырости и не допускать его перегрева. Ориентировочные режимы работы с электродом d=3 мм: для трансформаторов с током 80...185 А - 10 электродов, а с током 70...150 А - 3 электрода. после использования указанного количества электродов, аппарат отключают от сети минимум на 5 минут (а лучше около 20).

3. Сварочный аппарат из трехфазного трансформатора.

Сварочный аппарат, при отсутствии "ЛАТРА", можно сделать и на основе трехфазного понижающего трансформатора 380/36 В, мощностью 1..2 кВт, который предназначен для питания пониженным напряжением электроинструментов или освещения (рис. 13).

Рис. 13 Общий вид сварочного аппарата и его сердечник.

Здесь подойдет даже экземпляр с одной перегоревшей обмоткой. Такой сварочный аппарат работает от сети переменного тока напряжением 220 В или 380 В и с электродами диаметром до4 мм позволяет сваривать металл толщиной 1...20 мм.

3.1. Детали.

Клеммы для выводов вторичной обмотки можно сделать из медной трубки d 10...12 мм и длиной 30...40 мм (рис.14).

Рис. 14 Конструкция клеммы вторичной обмотки сварочного аппарата.

С одной стороны ее следует расклепать и в получившейся пластине просверлить отверстие d 10 мм. Тщательно зачищенные провода вставляют в трубку клеммы и обжимают легкими ударами молотка. Для улучшения контакта на поверхности трубки клеммы можно сделать насечки керном. На панели, расположенной наверху трансформатора, заменяют штатные винты с гайками М6 на два винта с гайками М10. Новые винты и гайки желательно использовать медные. К ним присоединяют клеммы вторичной обмотки.

Для выводов первичной обмотки изготовляют дополнительную плату из листового текстолита толщиной 3мм (рис.15 ).

Рис. 15 Общий вид платки для выводов первичной обмотки сварочного аппарата.

В плате сверлят 10...11 отверстий d=6мм и вставляют в них винты М6 с двумя гайками и шайбами. После этого плату крепят в верхней части трансформатора.

Рис. 16 Принципиальная электрическая схема соединения первичных обмоток трансформатора на напряжение: а) 220 В; б) 380 В (вторичная обмотка не указана)

При питании аппарата от сети 220 В две его крайние первичные обмотки соединяются параллельно, а среднюю обмотку присоединяют к ним последовательно (рис.16 ).

4. Держатель электродов.

4.1. Держатель электродов из трубы d¾".

Наиболее простой является конструкция электродержателя, изготовленная из трубы d¾" и длиной 250 мм (рис.17 ).

С обеих сторон трубы на расстоянии 40 и 30 мм от ее торцов выпиливают ножовкой выемки глубиной в половину диаметра трубы (рис.18 )

Рис. 18 Чертеж корпуса держателя электродов из трубы d¾"

К трубе над большой выемкой приваривают отрезок стальной проволоки d=6 мм. С противоположной стороны держателя сверлят отверстие d=8,2 мм, в которое вставляют винт М8. К винту присоединяется клемма от кабеля, идущего к сварочному аппарату, которая зажимается гайкой. Сверху на трубу надевается кусок резинового или капронового шланга с подходящим внутренним диаметром.

4.2. Держатель электродов из стальных уголков.

Удобный и простой в конструкции держатель электродов можно сделать из двух стальных уголков 25х25х4 мм (рис. 19 )

Берут два таких уголка длиной около 270 мм и соединяют маленькими уголками и болтами с гайками М4. В результате получается короб сечением 25х29 мм. В полученном корпусе вырезается окно для фиксатора и сверлится отверстие для установки оси фиксаторов и электродов. Фиксатор состоит из рычага и небольшой клавиши, выполненной из листа стали толщиной 4 мм. Эту деталь также можно сделать из уголка 25х25х4 мм. Для обеспечения надежного контакта фиксатора с электродом на ось фиксатора надевается надевается пружина, а рычаг соединяется с корпусом контактным проводом.

Ручку получившегося держателя покрывают изоляционным материалом, в качестве которого используется обрезок резинового шланга. Электрический кабель от сварочного аппарата присоединяется к клемме корпуса и фиксируется болтом.

5. Электронный регулятор тока для сварочного трансформатора.

Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока. известны такие способы регулировки тока в сварочных трансформаторах: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов, изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования, применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов. Все эти способы имеют как свои преимущества, так и недостатки. Например, недостатком последнего способа, является сложность конструкции, громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении.

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.

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. 21)

Рис. 21 Принципиальная схема замены транзистора с резистором на динистор, в схеме регулятора тока сварочного трансформатора.

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, 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.

Описание других конструкций можно посмотреть на сайте http://irls.narod.ru/sv.htm , однако сразу хочу предупредить, что многие из них имеют как минимум спорные моменты.

Также по этой теме можно посмотреть:

http://valvolodin.narod.ru/index.html - много ГОСТов, схем как самодельных аппаратов, так и заводских

http://www.y-u-r.narod.ru/Svark/svark.htm то же сайт энтузиаста сварки

При написании статьи использовалась часть материалов из книги Пестрикова В. М. "Домашний электрик и не только..."

Всего хорошего, пишите to © 2005