Самодельные сварочные аппараты
1. Принципы конструирования самодельных сварочных аппаратов.
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 Uхх 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 посмотреть в справочнике . 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 0,1хх до 0,9Uхх. 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 Uхх=60. 65В. Для безопасности проведения работ более высокое выходное напряжение холостого хода не рекомендуется, у промышленных сварочных аппаратов для сравнения Uхх может составлять 70..75 В..
Величина напряжения сварки Iсв должна обеспечивать устойчивое горение дуги, в зависимости от диаметра электрода. Величина напряжения сварки Uсв может составлять 18. 24 В.
Номинальный сварочный ток должен составлять:
Iсв – величина сварочного тока, А,
K1=30. 40 – коэффициент, зависящий от типа и размера электрода dэ, 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:
Диоды для сварочного аппарата
Сварочный аппарат для сварки на постоянном токе, с выпрямлением по вентильному мосту с удвоением напряжения.
По материалам статьи А.Трифонова в журнале « Моделист-конструктор » №1 1 * 99.
Как показывает практика, процесс горения дуги протекает стабильнее у сварочных устройств с мягкой (падающей) воль т- амперной характеристикой. К числу таких ” сварочников ” можно, в частности, отнести и самодельный аппарат с выпрямителем, принципиальная электрическая схема которого выполнена с “закавыкой”, суть которой – в быстрой смене режимов работы диодов, включаемых по типовому вентильному мосту (ВСМ), но по так называемой схеме удвоения напряжения (ВСУ). Особую роль в рассматриваемом техническом решении играет перемычка X2X3. Вставив ее, получают из самого, что ни на есть обычного диодного моста VD1-VD4 с низкочастотным фильтром C1C2L1 выпрямительное устройство, на выходе которого в режиме холостого хода – удвоенное (по сравнению с первым вариантом работы) напряжение. При этом положительная, скажем, полуволна напряжения, поступающего от начала вторичной обмотки сварочного трансформатора T1, беспрепятственно проходит полупроводниковый силовой вентиль VD1 и, зарядив конденсатор C1 практически до максимума, возвращается к концу названной обмотки. С наступлением другого полупериода цепь прохождения положительных электрических зарядов будет несколько иной: от конца обмотки II сварочного трансформатора T1 к C2, а от него – через вентиль VD2 – к началу той же вторичной обмотки. Но конденсаторы C1 и C2 соединены друг с другом так, что результирующее напряжение оказывается равным суммарному, которое и подводится через дроссель L1 к промежутку “электрод-деталь”, облегчая возникновение сварочной дуги. Полупроводниковые диоды VD3 и VD4 при замкнутой перемычке и отсутствии сварочной дуги в работе схемы как бы не участвуют по причине своего обратного включения в выпрямительные цепи. К тому же каждый из них оказывается запертым напряжением от соответствующего конденсатора. Недостатком типовых схем удвоения является, как утверждает теория, круто падающая внешняя характеристика, то есть резкое снижение выпрямленного напряжения при увеличении тока нагрузки. Это заставляет применять зарядные конденсаторы большой емкости (в рассматриваемом устройстве – “электролиты” по 1500 мкФ каждый). Кроме того, типовые схемы удвоения взрывоопасны: при пробое одного из силовых вентилей переменное напряжение оказывается напрямую приложенным к электролитическому (оксидному) конденсатору, что недопустимо. Вот тут то и призваны сыграть свою спасительную роль бездействовавшие ранее VD3,VD4.
Теперь о самодельных узлах и радиодеталях, используемых в предлагаемом техническом решении. Мощность трансформатора T1, имеющего магнитопровод ПЛ45х80, равна 2,5 кВ*А. Первичная обмотка ” сварочника ” содержит 156 витков провода ПЭВ 2 диаметром 2,5 мм . Разумеется, она может быть также выполнена и более тонким, но сложенным вдвое ПЭВ2-1,7мм. Для вторичной (понижающей) обмотки использован БПВЛ сечением 16мм*2. Требуемое количество витков здесь – 22. Дроссель L1 содержит 33 витка провода БПВЛ сечением 10мм*2. Намотаны они на изолирующем каркасе, который надевается на магнитопровод ШЛ50х50, собираемый с немагнитным 2-мм зазором, где установлены прокладки толщиной 2 мм из термостойкого диэлектрика. В качестве последнего вполне подойдет гетинакс или текстолит. Конденсаторы C1 и C2 – оксидные К50-18 или другого типа, рассчитанные на использование в цепях с напряжением 50 В и более. Рекомендуемые к использованию в схеме диоды Д161 могут иметь в конце наименования любую комбинацию цифр и букв. Вполне допустимо здесь и применение мощных “электровозных” В200. Каждый из диодов установлен на дюралюминиевый теплоотвод-радиатор 80х80х45 мм с вертикальным расположением ребер (для лучшего охлаждения за счет конвекции). Клеммы X2-X5 представляют собой латунные или медные болты М10 с шайбами и гайками, выведенные на переднюю панель из текстолита или гетинакса . Перемычка сечением 30 мм*2 из меди или алюминия.
Можно доработать схему и будет варить любыми электродами с высоким качеством сварки, но для этого надо дополнить данную схему еще одним дросселем, который не сложно изготовить. Берем листы трансформаторной стали размером 5см на 15см и набираем в брусок толщиной 4см, зажимаем в тисках и наматываем изоляцию на брусок, затем наматываем шинку или провод сечением 10 мм (можно алюминий) не менее 50 витков, это получится в два-три ряда, устанавливаем этот дроссель между Х 2 и Х3. Далее заменяем дроссель L1 (смотри схему) на подобии того, что изготовляли, только длина железа будет 25 см, сечение сердечника тоже – 20 см, но сечение обмотки в два раза больше, т.е. 20-25 мм . Количество витков не менее 50, но лучше 60, тоже получатся 2-3 ряда обмотки. Конденсаторы следует довести до 30000 мкФ каждый. Можно купить в магазине конденсаторы на 2200мкф соединить параллельно и установить. Не следует брать конденсаторы на 10000 мкФ, так как они взрываются, а на 2200 мкФ работают нормально. Удачи.
От автора сайта : Схема проверена на личном опыте, работает прекрасно. Пришлось к ней прибегнуть, после того как два раза сжёг вторичную обмотку бытового сварочного трансформатора (работал в повторно-кратковременном режиме). Это дало возможность уменьшить количество витков в два раза и как следствие увеличить сечение вторичной обмотки и уменьшить нагрев. А также применить очень интересный способ изоляции, с использованием старой горелой обмотки большего сечения ( можно использовать и родную вторичную обмотку). Для этого нужно отжечь обмотку в огне, чтобы убрать старую изоляцию и после очистки нанести на обмотку слой жидкого стекла (силикатный клей) и поверх намотать изоленту х.б., каждый слой обмотки промазывать жидким стеклом с асбестовой крошкой (толчёный асбестовый лист). Все операции проделывать пока клей жидкий, чтобы он пропитал обмотку. После высыхания, образуется твёрдый монолит. Этот способ пришлось придумывать от нужды (не было изолированного провода), но он превзошёл все мои ожидания. Сварка работает до сих пор в продолжительном режиме и никаких проблем. Единственный недостаток – остаточный заряд на конденсаторах. Для меня – это неважно . Дроссель не использовал . И так нормально работает.
Каталог статей
Выбор бытовых сварочных аппаратов на современном рынке огромен – от трансформаторных и инверторных до аппаратов плазменной резки. Основная область использования данной электроаппаратуры в бытовых целях – ремонт авто – мототехники, сварочные работы на малых строительных площадках (дачное строительство). В данной статье предлагаю рассмотреть некоторые моменты по модернизации бытовых трансформаторных сварочных аппаратов на примере сварки фирмы BlueWeld модель Gamma 4.185.
Рассмотрим принципиальную схему аппарата – как видите ничего сложного-обычный силовой трансформатор,с первичной обмоткой на 220/400В, с тепловой защитой и вентилятором охлаждения.
Рабочий ток прибора (от 25 до 160А) регулируется посредством выдвижной части сердечника трансформатора.Аппарат расчитан на работу с покрытыми электродами от 1,5 до 4мм диаметром. Что же явилось предпосылкой к модернизации данного устройства? Прежде всего нестабильность питающего напряжения в том районе, где планировалось использование данного аппарата – в иные дни оно едва достигало 170В (кстати, некоторые инверторные аппараты просто не запускаются при таком напряжении питания). Кроме того, аппарат изначально не предназачен для выполнения сварных швов с высокими эстетическими характеристиками (например при применении электродуговой сварки в процессе художественной холодной ковки металла или при сварке тонкостенных профильных труб) – в общем основным назначением аппарата было”спаять” между собой две железных болванки. Помимо всего прочего, ”зажечь” дугу этой сваркой было весьма затруднительно даже при номинальном напряжении питания – про пониженное напряжение вообще говорить не приходится. В итоге было решено прежде всего перевести аппарат на постоянный ток (для стабильности электрической дуги и как следствие увеличения качества сварного соединения) а также повысить напряжение выхода для более стабильного и легкого розжига электрода. Для этих целей идеально подошла схема выпрямителя/умножителя конструкции А.Трифонова – принципиальная электрическая схема (а) и вольт-амперные характеристики (б) показаны на рисунке.
Особую роль в этом техническом решении казалось бы обычного выпрямителя, играет перемычка Х1Х3-вставив ее,получают из обычного диодного моста VD1-VD4 с низкочастотным фильтром C1C2L1 выпрямительное устройство, на выходе которого в режиме холостого хода мы имеем удвоенное напряжение (по сравнению с вариантом работы прибора без перемычки). Рассмотрим более подробно работу схемы. Положительная полуволна напряжения поступает на полупроводниковый вентиль VD1 и зарядив конденсатор С1 до максимума возвращается к началу обмотки трансформатора. В другой полупериод, заряд проходит к конденсатору С2, а от него к вентилю VD2 и далее к обмотке. Конденсаторы С1 и С2 соединены таким образом, что результирующее напряжение оказывается равным суммарному (удвоенному) напряжению, которое и подводится через дроссель на держатель электрода и таким образом способствует стабильному разжиганию дуги. Вентили VD3 и VD4 при замкнутой перемычке Х2Х3 и отсутствии сварочной дуги в работе схемы не участвуют. Главным достоинством схемы является то,что при применении обычной схемы моста имеет место резкое снижение выпрямленного напряжения при увеличении тока нагрузки в момент зажигания дуги-приходится ставить электролитические конденсаторы огромной емкости – 15000мкф, и все это при том, что в момент касания электродом свариваемых поверхностей и мнгновенного разряда конденсатора большой емкости, происходит микровзрыв плазмы с разрушением покрытия электрода, а это ухудшает розжиг. Теперь немного о деталях конструкции.
В качестве вентилей диодного моста применимы полупроводниковые диоды Д161 или В200 со стандартными радиаторами для них.
Если у вас в наличии имеются 2 диода Д161 и 2 диода В200 вы можете сделать мост более компактным – диоды исполнены с разной проводимостью и радиаторы можно скрепить шпильками прямо между собой, не применяя прокладок. В качестве конденсаторов, перестраховавшись, применил набор неполярных конденсаторов МБГО (можно МБГЧ,МБГП).
Емкость каждого получилась по 400 мкф, чего вполне хватило для стабильной работы аппарата. Токовый дроссель L1 намотан на сердечнике от трансформатора ТС-270 проводом сечением 10мм квадратных.
Мотаем до полного заполнения окна. При сборке, между половинами сердечника трансформатора закладываем пластины из текстолита толщиной 0,5мм. Так как планировалось применение аппарата для сварки тонкостенных профильных труб, отрицательный вывод выпрямителя был подведен к электрододержателю, а положительный к ”крокодилу” массы. Проведенные испытания показали следующие результаты: стабильный розжиг дуги, уверенное поддержание горения дуги, отличный тепловой режим при долговременной работе (10 электродов к ряду), хорошее качество сварных швов (по сравнению с использованием аппарата без выпрямителя). Вывод – модернизация сварочного аппарата с использованием выпрямителя Трифонова заметно улучшают его показатели по всем параметрам. Автор: Элетродыч.
Вопросы по статье ДОРАБОТКА СВАРОЧНОГО АППАРАТА вы можете задать на ФОРУМЕ
Контрольно измерительные инструменты их назначение и устройство
Станьте первым!