Сварочные аппараты дроссель своими руками

Изготовление дросселя для сварочного аппарата своими руками

Понижающий трансформатор является основой простейшего сварочного аппарата. Более сложным является сварочный аппарат, у которого на выходе имеется выпрямитель, который переменное напряжение преобразует в постоянное. Такие сварочные аппараты называют выпрямителями.

Трансформаторы бывают трех видов: тороидальный, стержневой и броневой, различия между ними можно увидеть на рисунке выше.

Самым сложным является сварочный аппарат, преобразующий входную частоту сети питания 50 Гц сначала в постоянное напряжение, как у выпрямителей, с последующим преобразованием его в переменное, частота которого измеряется уже килогерцами. Это инвертор.

Сделать своими руками инвертор по силам только тому, кто хорошо разбирается в радиоэлектронике и в используемой там элементной базе. Для этого специалиста не нужно объяснять, для чего нужен дроссель и где его место в схеме. А неподготовленному человеку целесообразно объяснить, что такое трансформатор и выпрямитель к нему.

Расчет сечения проводов первичной обмотки трансформатора

Теория трансформаторов сложна тем, что она основана на законах электромагнитной индукции и других явлений магнетизма. Однако, не используя сложный математический аппарат, можно пояснить, как работает трансформатор и можно ли его собрать самостоятельно.

Вручную трансформатор можно намотать на металлическом сердечнике, собранном из пластин трансформаторной стали. Проще выполнить намотку на стержневой или броневой сердечник, чем на тороидальный. Сразу же следует обратить внимание, что на изображении хорошо видна разница в толщине проводов: тонкий провод расположен непосредственно на сердечнике, и в нем явно видно большее количество витков. Это первичная обмотка. Более толстый провод и с меньшим количеством витков — это вторичная обмотка.

Не учитывая потери мощности внутри трансформатора, рассчитаем, каким должен быть ток I₁ в его первичной обмотке. Идеальное напряжение сети равно U=220 В. Зная потребляемую мощность, например, P=5 кВт, имеем:

По току в первичной обмотке трансформатора определяем диаметр провода. Плотность тока для бытового сварочного трансформатора должна быть не более 5 А/мм 2 сечения провода. Следовательно, для первичной обмотки потребуется провод сечением S₁=22,7:5=4,54 мм 2 .

По сечению провода определяем квадрат, его диаметр d без учета изоляции:

d 2 =4S/π=4×4,54/3,14=5,78.

Извлекая корень квадратный, получаем d=2,4 мм. Эти расчеты выполнены для медных жил провода. При намотке проводов с алюминиевым сердечником полученный результат необходимо увеличить в 1,6-1,7 раза.

Для первичной обмотки применяют медный провод, изоляция которого должна хорошо выдерживать высокие температуры. Это стеклотканевая или хлопчатобумажная изоляция. Подойдет резиновая и резинотканевая изоляция. Провода, имеющие ПВХ изоляцию, применять не следует.

Расчет сечения проводов вторичной обмотки трансформатора

Напряжение на выходе трансформатора сварочного аппарата в отсутствие сварочной дуги (режим холостого хода) обычно составляет 60-80 В. Чем выше напряжение холостого хода, тем надежнее зажигается дуга. Напряжение же сварочной дуги обычно в 1,8-2,5 раза меньше, чем напряжение холостого хода.

Внимание. О том, что в отсутствие дуги напряжение на выходе трансформатора опасно для жизни, необходимо помнить постоянно.

Для сварки в быту обычно используют электрод диаметром 3 мм, которому достаточно обеспечить ток дуги примерно в 150 А. При напряжении холостого хода, равном 70 В, напряжение дуги будет равно примерно 25 В, и потребляемая мощность Р сварочного аппарата должна быть не менее

Р=25×150=3750 Вт =3,75 кВт.

Целесообразно рассчитывать трансформатор на большую мощность, то есть больший ток сварочной дуги. Например, при токе дуги в 200 А потребляемая мощность составит примерно 5 кВт. Вот на такую мощность и следует рассчитать трансформатор.

Напряжение однофазной сети в доме должно быть равным 220 В, но оно может изменяться на ±22 В. Это одна из причин, из-за которой может изменяться ток дуги и потребуется его регулировать.

Сечение провода во вторичной обмотке трансформатора определяют исходя из плотности тока, равной 5 А/мм 2 . Для тока в 200 А сечение провода равно 40 мм 2 , то есть это может быть только шина, которую наматывают с послойным изолированием. По существующим типовым размерам можно подобрать требуемую шину и по длине, и по поперечному сечению.

Типовые размеры медных шин, выпускаемых промышленностью:

Схема изготовления сварочного дросселя

• длина от 0,5 до 4 м с интервалом 0,5 м;
• ширина от 2 до 60 см с интервалом 1 см (при ширине от 4 до 10 см) и с интервалом 5 см (при ширине от 10 до 60 см);
• толщина от 3 до 10 мм.

Можно воспользоваться и многожильным проводом, сечение которого соответствует рассчитанному значению. Для увеличения сечения провод можно сложить вдвое или втрое. Для алюминиевого провода сечение необходимо увеличить в 1,6-1,7 раза.

Для дросселя, который включают на выходе трансформатора, сечение провода должно быть таким же, как и во вторичной обмотке трансформатора.

Выпрямитель для сварочного аппарата

Для сварки на постоянном токе к выходной обмотке трансформатора необходимо присоединить преобразователь переменного тока в постоянный. Такое устройство называют выпрямителем, поэтому и сварочный аппарат с этим устройством называют выпрямителем.

Верхний график представляет синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки трансформатора. Горизонтальная ось t — это ось времени. Временной интервал между нулевыми значениями напряжения определяют периодом колебаний. Он состоит из положительного и отрицательного полупериодов.

Видно, что ток не постоянный, а пульсирующий. Уменьшить пульсацию можно только путем увеличения емкости конденсатора.

Для регулирования тока дуги дроссель необходимо включить между выходом трансформатора и точкой 3 выпрямителя.

Способы регулирования тока сварочной дуги

Рассмотрим один из способов регулирования тока сварочной дуги, основанный на применении дросселя во вторичной обмотке трансформатора. Регулируют ток дуги путем изменения воздушного зазора, предусмотренного в сердечнике, на котором выполнена намотка шины.

Рассмотрим три режима, в котором может находиться трансформатор.

Схема холостого хода и короткого замыкания трансформатора.

1. Режим холостого хода. Переменное напряжение подано на вход трансформатора. Во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, но ток в выходной цепи отсутствует.
2. Режим нагрузки. В результате зажигания дуги она замыкает выходную цепь, состоящую из вторичной обмотки трансформатора и обмотки дросселя. Протекает ток, величина которого определяется индуктивным сопротивлением этих обмоток. Если бы не было дросселя, то ток был бы максимальным. Степень воздействия зависит от размеров воздушного зазора в стержне, на который намотана обмотка.
3. Режим короткого замыкания. Это момент касания электродом свариваемых частей заготовки. В сердечнике трансформатора создается переменный магнитный поток, и во вторичной обмотке индуцируется ЭДС. Ток в цепи определяется величиной индуктивного сопротивления дросселя и вторичной обмотки трансформатора.

При увеличении зазора сопротивление возрастает. Это приводит к уменьшению магнитного потока и, соответственно, к уменьшению индуктивного сопротивления катушки дросселя и общего сопротивления цепочки. Ток дуги возрастает. Такой способ позволяет плавно регулировать ток.

Схема трансформатора в сборе.

Однако подвижная система имеет тот недостаток, что в результате вибрации металла при прохождении по катушке переменного тока она становится не очень надежной.

Можно, жертвуя плавностью регулировки, делать ее ступенчатой. Для этого необходимо сделать дроссель так, чтобы в магнитопроводе не было воздушного зазора. В процессе намотки через определенное количество витков необходимо делать отводы. В этом варианте ток можно регулировать ступенчато, через контакты, которые необходимо делать мощными в расчете на прохождение тока в сотни ампер.

Существует еще одна причина, по которой необходимо включение дросселя для создания условий нормальной ручной сварки.

Характеристику зависимости напряжения дуги от ее тока называют падающей. Неопытному сварщику придется поверить, что такая зависимость полезна при сварке, если трудно выдерживать неизменное расстояние между электродом и свариваемыми частями. Чтобы обеспечить такую характеристику, индуктивного сопротивления только вторичной обмотки трансформатора недостаточно. Непосредственная задача дросселя для сварочного аппарата — прибавить недостающее сопротивление.

Как сделать дроссель и намотать его правильно?

Для намотки катушки дросселя можно воспользоваться магнитопроводом серии UI. В таблице 1 приведены размеры, соответствующие максимальным значениям параметров а и b.

Прежде чем делать намотку, необходимо изолировать ярмо. В процессе намотки ее направление не меняют. Очередной слой изолируют от предыдущего хлопчатобумажной изоляцией. Можно использовать стеклоткань или картон, предназначенный для изоляции. Изоляционную прокладку пропитывают бакелитовым лаком. Если при намотке делают выводы, то их следует сразу же маркировать.

Ступенчато регулировать ток сварочной дуги можно путем включения на выходе нагрузочного омического сопротивления в виде спирали из нихрома, с периодическими отводами. Однако этот метод неудобен из-за возможно большого нагрева нити (даже докрасна).

Для плавной регулировки создают подвижные обмотки трансформатора. Меняя расстояние между первичной и вторичной обмоткой, изменяют величину магнитного потока и, следовательно, сопротивление во вторичной обмотке трансформатора.

Но для сварочного аппарата, используемого в быту, наиболее подходящим является метод плавной регулировки с применением дросселя.

Источник

Изготовление самодельного дросселя для полуавтомата

Выходной дроссель для сварочного полуавтомата сглаживает токовые пульсации, уменьшает разбрызгивание металла при сварке и поддерживает сварочную дугу при кратковременном коротком замыкании. Прост в изготовлении и настройке даже в условиях домашней мастерской.

В самом простом виде дроссель — это катушка из толстого медного провода, намотанного на магнитный сердечник, которая включается в выходную цепь сварочного аппарата последовательно с электродом. Дроссель для полуавтомата необходим для сглаживания токовых пульсаций, которые возникают при краткосрочных изменениях входного напряжения и мгновенных коротких замыканиях на электроде. При выполнении полуавтоматической сварки без этого устройства высока вероятность возникновения дефектов сварного шва, т. к. при таких отклонениях в электрических параметрах проволока продолжает подаваться с неизменной скоростью.

Дроссель для полуавтомата по силам изготовить любому домашнему мастеру. Его расчет производится очень укрупненно (в основном, в части сечения проводов), а параметры самодельного дросселя подбираются регулировкой зазора сердечника в процессе пробных включений полуавтомата на разных режимах. Тем не менее, все же желательно иметь хотя бы общие представления об основных электротехнических принципах, лежащих в основе работы этого устройства, а также о конструктивных особенностях его изготовления.

Принцип работы

Работа дросселя сварочного полуавтомата основывается на так называемом «первом законе коммутации», согласно которому в катушке индуктивности ток мгновенно измениться не может. В очень упрощенном виде можно сказать, что дроссель выступает в роли своеобразного накопителя энергии, но в отличие от конденсатора он аккумулирует не напряжение, а ток. При прохождении через катушку поток электронов порождает магнитное поле, величина которого зависит не только от силы тока, но и от параметров сердечника. Путем регулирования зазора между его элементами можно управлять величиной магнитного потока и таким образом регулировать индуктивное сопротивление дросселя.

Величина индуктивности дросселя непосредственно влияет на скорость увеличения силы тока при коротком замыкании. При этом она напрямую зависит от сварочного режима полуавтомата и диаметра проволоки. В случае использования тонкой проволоки требуются более быстрое нарастание тока и, соответственно, меньшая индуктивность, чем при применении толстой проволоки. К примеру, при уменьшении диаметра проволоки в полтора-два раза индуктивность понижается в 2,5–3 раза.

Предназначение дросселя

Сварка с применением полуавтомата производится постоянным током отрицательной полярности на проволоке, толщина которой варьируется в пределах 0.5÷3.0 мм. Чем меньше ее диаметр, тем ниже значение сварочного тока и тем стабильнее горение дуги. Во время сварочного процесса расплавленный металл проволоки поступает в сварочную ванну в виде непрерывного потока капель. Этим обеспечивается стабильность дуги и качество сварочного шва. При краткосрочном образовании непрерывного потока металла возникает ток короткого замыкания, а при разрывах происходит его резкое уменьшение. Если в выходную схему полуавтомата включен дроссель, то в первом случае он препятствует мгновенному росту тока, а во втором — компенсирует падение его величины за счет «запасенной» энергии.

В сварочных полуавтоматах применяют дроссели с фиксированной, ступенчатой (см. рис. выше) или регулируемой индуктивностью. Первый тип применяется при сварке на постоянных режимах, во втором случае дроссель выполнен с несколькими отводами, а в третьем индуктивность регулируется изменением величины зазора в магнитопроводе или механическим перемещением сердечника. При нестабильном источнике внешнего питания наилучшим вариантом для полуавтомата является регулировка зазором, так как она позволяет опытным путем подбирать сварочный режим с устойчивой дугой и без разбрызгивания металла. А оптимальный метод решения проблемы стабильности и качества сварочного процесса — это использование в полуавтомате дросселя в сочетании со схемой вольтодобавки на входном трансформаторе.

Как рассчитать сечение провода обмотки

Здесь Jп — плотность тока в А/мм² для заданной в процентах величины ПН, а J — при долговременных режимах.

Для медных проводников трансформаторов и дросселей J обычно принимают равной 3,5 А/мм².

При использовании алюминиевых проводов необходимо применять понижающий коэффициент 1,6 (см. таблицу).

Чтобы определить сечение провода (S) для намотки дросселя полуавтомата, необходимо паспортное значение максимального тока (I max) разделить на Jп. К примеру при I max=150 А и ПН=40% сечение медного провода будет равно 27 мм². Точный тип проводника (провода или шинки) выбирается по справочнику с округлением в большую сторону.

Вычисление количества витков производится по формуле с использованием габаритов сердечника, которые также определяются расчетным путем. Но народные умельцы всего этого, как правило, не делают, т. к. собирают дроссель для полуавтомата на основе имеющегося в наличии магнитопровода. Обычное количество витков у такого изделия при токе 150–200 А — несколько десятков (40÷60). В отличие от величины сечения ошибка здесь не очень критична. В худшем случае она может привести к тому, что качество сварки не улучшится.

Что потребуется для изготовления

• паяльник (от 100 Вт) с принадлежностями;
• слесарные тиски;
• пассатижи, круглогубцы, молоток и пр.;
• сердечник и корпус катушки;
• гетинакс (или подобное) для зазоров;
• лакоткань;
• киперная лента;
• эпоксидка или клей;
• медный или алюминиевый провод (или шинка);
• две клеммы под винт.

Кроме того, необходим брусок для закрепления корпуса катушки, а также кусочки любого пластика или дерева для ее расклинивания.

Пошаговая инструкция по сборке дросселя своими руками

Такие сердечники массово использовались и применяются в блоках питания радиоаппаратуры еще с советских времен. Поэтому найти старый трансформатор (например, типа ТС) мощностью 200–300 Вт, наверное, не будет очень сложной задачей. Очень удобно для регулировки зазора еще и то, что такой сердечник стягивается специальным хомутом с винтовым соединением (см. рис. ниже).

Провод или шинку можно использовать любые (но лучше все-таки медные), главное, чтобы сечение соответствовало расчетному.

Намотка и установка дросселя

1. Надеть катушку на деревянный брусок, закрепить его тиски и намотать на катушку в один-два слоя киперную ленту, а поверх нее — лакоткань. Затем аккуратно, виток к витку, намотать первый слой проводов (получится около 8–12 витков в зависимости от толщины и зазоров). Действовать надо очень осторожно, т. к. провода жесткие, а катушка сделана из тонкого и хрупкого гетинакса.
2. Поверх первой слоя витков намотать лакоткань, предварительно промазав ее лаком. Классический вариант – это бакелитовый лак, но можно взять и любой другой, например паркетный. Намотать второй слой витков, также укрыть его лаком и лакотканью. Аккуратно отогнуть выходной конец.
3. Все то же самое сделать со второй катушкой, затем обе их тщательно просушить. Подготовить две пластинки гетинакса (или другого изолирующего пластика) толщиной 1–2 мм по размеру стыка половинок сердечника.
4. Надеть на одну из половинок сердечника обе катушки, уложить изолирующие прокладки и вставить вторую половину. Тщательно стянуть сердечник хомутом.
5. Соединить катушки последовательно скруткой с пайкой или винтом (предварительно залудив), а затем место соединения изолировать.
6. Концы катушек, предназначенные для подключения, зафиксировать на хомуте, а затем припаять к ним клеммы.

При проверке дросселя с полуавтоматом необходимо попробовать его в разных режимах, и в зависимости от ситуации увеличить или уменьшить индуктивность, заменяя прокладки в зазоре сердечника.

В известной книге В. Я. Володина «Современные сварочные автоматы своими руками» приводится классический расчет количества витков в обмотке дросселя. Для домашнего мастера подошел бы более упрощенный вариант определения числа витков, пусть даже их число будет приблизительным. Если кто-то знает источники с такими методиками или сам может описать, как это сделать, поделитесь, пожалуйста, в комментариях к статье.

Источник