В любой мастерской по обработке металла очень удобно работать, если под рукой есть сварочный аппарат. С его помощью можно надежно соединять металлические детали или конструкции, вырезать отверстия, а то и просто разрезать заготовки в нужном месте.
Такой полезный инструмент можно сделать своими руками, главное, во всем хорошенько разобраться, а мастерство делать красивый и надежный шов, придет с опытом.
Дома, на даче, на производстве чаще всего встречаются именно такие аппараты. Многие фото сварочного оборудования показывает, что оно сделано своими руками.
Самые главные составляющие для такого аппарата – это провод для двух обмоток и сердечник для них. Фактически – это трансформатор для понижения напряжения.
Аппарат будет довольно хорошо работать при напряжении на выходе 60 вольт и током до 160 ампер. Расчеты показывают, что для первичной обмотки нужно взять медный провод сечением 3, а лучше 7 квадратных миллиметров. Для алюминиевого провода сечение должно быть больше в 1,6 раза.
Изоляцию проводов необходимо использовать тканевую потому, что провода в процессе работы сильно нагреваются и пластик просто расплавится.
Укладывать первичную обмотку нужно очень тщательно и аккуратно потому, что она имеет много витков и находится в зоне высокого напряжения. Желательно, чтобы провод был без разрывов, но если нужной длины нет под рукой, то куски необходимо надежно соединить и спаять.
Для вторичной обмотки можно брать медь, а можно алюминий. Провод может быть как одножильным, так и состоящим из нескольких проводников. Сечение от 10 до 24 квадратных миллиметров.
Очень удобно наматывать катушку отдельно от сердечника, например на деревянную заготовку, а потом набирать пластины из трансформаторной стали в готовую, надежно изолированную обмотку.
Как сделать многожильный провод подходящего сечения для сварочного аппарата? Есть такой способ. На расстоянии 30 метров (больше или меньше, в зависимости от расчетов) надежно крепятся два крюка. Между ними натягивается нужное количество тонкого провода, из которого будет составлен многожильный проводник. Потом один конец снимается с крюка и вставляется в электродрель.
На малых оборотах пучок проводов равномерно закручивается, его общая длина будет несколько уменьшаться. Концы провода зачистить (отдельно каждую жилу), залудить и хорошенько пропаять. Затем изолировать весь провод, желательно изоляционным материалом на текстильной основе.
Хорошие характеристики показывают самодельные сварочные аппараты на основе сердечников из трансформаторной стали. Они набираются из пластин толщиной 0,35-0,55 миллиметров.
Важно правильно подобрать размер окна в сердечнике, чтобы в него поместились обе катушки, и площадь в разрезе (его толщина) была 35-50 квадратных сантиметров. По углам готового сердечника устанавливаются болты, а гайками все плотно стягивается.
Первичная обмотка состоит из 215 витков. Для возможности регулирования сварочного тока готового аппарата можно сделать выводы от намотки на 165 и 190 витках.
Все контакты крепятся на пластине из изоляционного материала и подписываются. Схема такова: чем больше витков катушки, тем больше ток на выходе. Вторичная обмотка состоит из 70 витков.
Своими руками можно собрать еще один сварочный прибор – это инвертор. У него есть ряд положительных отличий от трансформатора. Самое первое, что бросается в глаза, – его небольшой вес. Всего несколько килограммов. Можно работать, не снимая аппарат с плеча. Затем, рабочий постоянный ток, это позволяет создавать более аккуратный шов, да и дуга не так скачет. Проще работать начинающим сварщикам.
Детали для сборки такого аппарата продаются в магазинах и на рынке. Необходимо лишь знать маркировку. Особого внимания требует качество транзисторов потому, что они находятся в самой напряженной области конструкционной схемы инвертора. Для охлаждения прибора используют принудительную вентиляцию в виде охлаждающих радиаторов и вытяжных вентиляторов.
Таким образом, если составить каталог самодельных сварочных аппаратов, то получится длинный список из трансформаторов различной конструкции, инверторов, сварочных полуавтоматов и автоматов. Такие приборы позволяют работать с чугуном и сталью, алюминием и медью, нержавейкой и тонким листовым железом.
Надежность и долговечность их работы зависит от точности расчетов, наличия материалов, деталей, правильности сборки, а также от соблюдения правил безопасности на всех этапах создания и эксплуатации подобных приборов.
По мнению специалистов, изготовить сварочный аппарат своими руками — не сложно.
Однако чтобы сделать его, нужно четко представлять себе для чего, для каких работ он будет применяться.
Самодельный аппарат комплектуется и собирается из доступных узлов и деталей. В качестве варианта для умельцев может рассматриваться и плазменный механизм.
Практика показывает, что при точном подборе комплектующих элементов аппарат будет служить долго и надежно.
Важно, чтобы электрическая схема была максимально простой. Иногда даже используют трансформатор от микроволновки.
Устройство должно работать от бытовой сети переменного тока напряжением 220 В.
Если выбрать в качестве рабочего напряжения 380 В, то схема и конструкция аппарата заметно усложнится.
Для производства сварочных работ используются устройства, работающие на переменном и постоянном токе.
Схема любого аппарата включает в себя трансформатор (возможно использование трансформатора из микроволновки), выпрямитель, дроссель, держак, электрод. Именно в такой последовательности происходит протекание электрического тока по замкнутой цепи.
Цепь замыкается, когда между электродом и металлическими заготовками, которые нужно соединить, возникает электрическая дуга.
Чтобы качество сварного соединения было высоким, необходимо обеспечить устойчивое горение этой дуги.
А чтобы установить требуемый режим горения используется регулятор силы тока.
Аппараты постоянного тока применяют для сварки элементов из тонколистового металла. При этом способе сварки можно использовать любые электроды и электродную проволоку без керамической обмазки.
Держак электрода присоединяется к выпрямителю через дроссель. Это делается для того, чтобы сглаживать пульсации напряжения.
Дроссель представляет собой катушку медных проводов, которая намотана на любом сердечнике. Выпрямитель, в свою очередь, соединяется с вторичной обмоткой трансформатора.
Трансформатор включается в бытовую электросеть. Последовательность соединения проста и наглядна.
Преобразование напряжения переменного тока выполняется с помощью понижающего трансформатора.
Согласно закону Ома напряжение, которое индуцируется на вторичной обмотке трансформатора, уменьшается, а величина тока увеличивается с 4-х ампер до 40 и более.
Примерно такая величина требуется для сварки. В принципе, данное устройство можно назвать простейшим сварочным аппаратом.
И с помощью проводов присоединить к нему держак электрода. Но использовать держак в практических целях невозможно, поскольку схема не содержит других необходимых элементов.
И главное – в ней отсутствует регулятор величины тока. А так же выпрямитель и другие элементы.
Трансформатор считается основным элементом сварочного аппарата. Его можно купить или приспособить уже бывший в эксплуатации.
Многие мастера используют трансформатор от микроволновки, отработавшей свой срок. По своим габаритам и весу микроимпульсный элемент всегда занимает много места в конструкции.
Если рассмотреть сварочный агрегат в целом, то можно выделить три основных блока, которые она в себя включает:
Самодельный инверторный аппарат можно скомпоновать таким образом, чтобы он имел минимальные габариты и вес.
Такие устройства, рассчитанные на применение в домашнем хозяйстве, сегодня продаются в магазинах.
Преимущества инверторного аппарата перед традиционными агрегатами очевидны. В первую очередь, следует отметить компактность аппарата, удобство в эксплуатации, надежность.
Лишь одна составляющая в параметрах этого устройства вызывает озабоченность – его высокая стоимость.
Самые общие расчеты подтверждают, что сделать такой аппарат своими руками проще и выгоднее.
Основные элементы, практически, всегда можно найти среди электротехнических машин и приборов, которые оказались в запасниках. Или на свалке.
Простейший регулятор тока можно сделать из куска нагревательной спирали, которая используется в бытовых электрических плитах. Дроссель – из отрезка медной проволоки.
Радиолюбители придумали самый простой по схеме импульсный способ сварки. Он используется для крепления проводов к металлической плате.
Никаких сложных приспособлений – только дроссель и пара проводов. Регулятор силы тока тоже не нужен. Вместо него в цепь включается плавкая вставка.
Один электрод через дроссель подключается к плате.
В качестве второго — используется зажим типа «крокодил». Вилка с проводами включается в розетку бытовой сети.
Зажим с проводом резко прикладывается к плате в том месте, где его нужно приварить. Возникает сварочная дуга и в этот момент могут перегореть предохранители, которые находятся в электрическом щите.
Этого не происходит, потому что быстрее сгорает плавкая вставка. А провод остается надежно приваренным к плате.
Самодельный собирается для того, чтобы выполнять мелкие работы в домашнем хозяйстве.
Все элементы, электронные приборы, провода и металлические конструкции необходимо скомплектовать в определенном месте. Там, где будет выполняться сборка изделия.
Дроссель можно использовать от арматуры люминесцентной лампы. Количество проводов, желательно медных, разного сечения нужно запасти побольше.
Если дроссель в готовом виде найти не удалось, то его нужно изготовить самостоятельно.
Для этого потребуется стальной магнитопровод от старого пускателя и несколько метров медных проводов сечением 0,9 квадрата.
Основным элементом блока питания в инверторе является трансформатор.
Его можно переделать из лабораторного автотрансформатора или использовать для переделки трансформатор от микроволновки, которая уже отслужила свой срок.
Очень важно не повредить первичную обмотку при выемке трансформатора из печки-микроволновки.
Вторичная обмотка удаляется и переделывается. Количество витков и диаметр медных проводов рассчитывается в зависимости от предварительно выбранной мощности сварочного аппарата.
Точечный способ сварки хорошо реализуется аппаратом, сделанным на трансформаторе от микроволновки.
Выпрямитель служит для преобразования напряжения переменного тока в напряжение постоянного тока. Основными элементами данного устройства являются диоды.
Он коммутируются в определенные схемы, чаще всего мостовые. На вход такой схемы подается переменный ток, а с выходных клемм снимается постоянный.
Диоды выбираются такой мощности, чтобы выдерживать заданные изначально нагрузки. Для их охлаждения используются специальные радиаторы из алюминиевых сплавов.
При разметке установочной платы, желательно предусмотреть место под дроссель, который предназначен для сглаживания импульсов. Выпрямитель собирается на отдельной плате, из гетинакса или текстолита.
Инвертор преобразует постоянный ток, поступающий с выпрямителя, в переменный, который обладает большой частотой колебания.
Преобразование выполняется с использованием электронных схем на тиристорах или мощных транзисторах.
Если на входные клеммы трансформатора подается напряжение 220 вольт частотой 50 Гц, то на выходных клеммах инвертора фиксируется постоянный ток величиной до 150 Ампер и напряжением от 40 вольт.
Эти параметры тока позволяют выполнять сварку металлических деталей из различных сплавов.
Электронный регулятор позволяет выбрать режим соответствующий конкретной операции.
Практика показывает, что самодельный сварочный аппарат, по своим характеристикам, не уступает заводским изделиям.
Некоторое время тому назад, в торговой сети появились сварочные мини инверторы. Чтобы добиться такой миниатюризации производственным компаниям потребовались годы.
В то время как мастера-умельцы уже давно смогли сделать плазменный сварочный аппарат, изготовленный своими руками.
К этому шагу их подтолкнули местные условия – теснота в мастерской и значительный вес заводских инверторов. Плазменный аппарат — прекрасный выход из данной ситуации.
И то, что вместо медных проводов вторичную обмотку трансформатора делают из медной жести, тоже давно известно.
Размещая элементы на металлической или текстолитовой основе, нужно соблюдать определенный порядок. Выпрямитель должен находиться рядом с трансформатором.
Дроссель на той же плате что и выпрямитель. Регулятор силы тока должен размещаться на панели управления. Корпус аппарата можно изготовить из листовой стали или алюминия.
Или приспособить шасси от старого осциллографа и даже системного блока компьютера. Очень важно не «лепить» элементы как можно ближе один к другому.
Нужно обязательно сделать отверстия в стенках для установки охлаждающих вентиляторов и постоянного притока воздуха.
Плата с тиристорами и другими элементами размещается как можно дальше от трансформатора, который сильно греется при работе. Точно так же как и выпрямитель.
Сейчас сложно увидеть проведение каких-либо работ с металлом без использования сварочного аппарата. Этот прибор свободно режет или соединяет железные детали, независимо от его толщины и размеров. Чтобы заниматься сваркой, нужно иметь некоторые навыки, ну и собственно, сам аппарат. Можно его купить, можно нанять сварщика для проведения нужных работ, а можно сделать агрегат своими руками.
Прежде чем приступить к созданию сварочного аппарата в домашних условиях, следует понять его устройство.
Основной элемент сварочника, из которого он состоит – это трансформатор, питающий дугу аппарата, управляющую переменным напряжением и контролирующую качество и величину тока.
Конструкции стандартных сварочных аппаратов весьма разнообразны, но можно выделить такие основные типы:
Сварку с применением постоянных токов обычно используют для работы с тонколистным материалом, автомобильной и кровельной стали.
Сварочные приборы постоянного и переменного тока надежные, неприхотливые при эксплуатации, тяжелые по весу и очень чувствительные к перепадам напряжения . Если оно упадет ниже 200 Вольт, работать будет трудно, возникнут проблемы с зажиганием и поддержкой дуги.
Эти сварочные аппараты очень похожи по своей конструкции и если у нас есть сварка переменного тока, то немного ее доработав, мы получим прибор для работы с постоянным током.
Что касается инверторов, то благодаря применению электронных деталей, их вес стал гораздо легче. Они не боятся падения напряжения, но при этом весьма чувствительны к перегреву. Работать с такими аппаратами нужно аккуратно, иначе они могут сломаться.
Сварочный агрегат, работающий с переменным током – один из самых распространенных моделей. Он самый простой в использовании и его легко собрать дома по сравнению с другими видами сварочников.
Что для этого нужно:
Какие нужны провода? Оптимальное напряжение при работе аппарата, созданного самостоятельно, составляет 60В при оптимальном токе – 120 -160А. Исходя из этого, понимаем, что минимальное сечение медных проводов, чтобы намотать первичку, должно быть 3-4 кв. мм. Оптимальное – 7 кв. мм, которое учитывает возможную дополнительную нагрузку и скачки напряжения.
Нельзя использовать провода в ПВХ или резиновой изоляции, так как они могут перегреться и вызвать замыкание.
Если нет провода нужного сечения, можно использовать тонкие жилы, наматываемые вместе. Правда толщина обмотки увеличится, что повлечет увеличение габаритов самого аппарата. Чтобы сделать вторичную обмотку можно брать толстый медный провод, состоящий из множества жил.
Сердечник для самоделки делается из пластины стали трансформатора, толщина которой должен быть от 0,35 мм до 0,55 мм. Их необходимо сложить так, чтобы получился сердечник необходимой толщины, а потом закрепить устройство болтами по углам. В завершении работы следует надфилем обработать поверхность пластинок и сделать изоляцию.
Затем начинается намотка. Вначале первичная (можно сделать примерно 240 витков). Для того чтобы была возможность регулировать проходящий ток, нужно сделать несколько отводов с примерным шагом в 20-25 виточков.
Сколько нужно меди для вторичной обмотки? Обычно количество витков составляет 65-70. Сечение провода – 30 – 35 кв мм. Как и при первичном обматывании нужно делать отводы для регулирования тока. Изоляция проводов должна быть надежной и стойкой к теплу.
Намотка делается в одном направлении и каждый ее слой изолируется. Концы намотки крепятся болтами к пластине и можно считать, что самодельный сварочник готов.
Если нужно увеличить силу тока – в этом деле может помочь вольтодобавка или можно сделать это вручную, уменьшив количество витков первичной намотки и переключив провод на контакт с более малым количеством витков.
Создавая сварочный аппарат, нужно не забыть его заземлить, согласно технике безопасности. А также всегда нужно следить за тем, чтобы сварочный аппарат не перегревался!
Для сварки чугуна и нержавейки понадобится аппарат с постоянным током. Создать его можно за 15 минут, если уже есть аппарат на переменном токе. В этом случае будет произведена модернизация уже имеющегося устройства.
Переделка переменки будет заключаться в подключении к вторичной обмотке выпрямителя, который собирается на диодах. Диоды должны в свою очередь выдерживать ток в 200 А и хорошо охлаждаться.
Выпрямитель лучше справится со своей работой, если использовать конденсаторы с напряжением 50В и специальный дроссель для регулировки тока.
Что нужно знать, подключая аппарат к сети на постоянку:
Схема работы сварочника такова, что ему время от времени нужно давать отдохнуть. И неважно полуавтомат это, или ручник. Впрочем, если аппарат работает на электродах диаметром меньше 3 мм, то можно не прерываться.
Самостоятельно инвертор можно собрать из мелких деталей и проводки от советского телевизора или пылесоса.
Особенности работы инвертора:
Все элементы инвертора располагаются на специальной печатной плате, а для лучшего отвода тепла от диодов, они фиксируются на специальный теплоотвод, который прикручивается к плате. Сама плата обычно изготавливается из стеклотекстолита, примерной толщиной 1,5 мм.
Для дополнительного охлаждения схемы можно использовать вентилятор, фиксируемый прямо на корпус, в котором расположен инвертор.
С помощью такого аппарата можно спокойно варить цветные и черные металлы, заготовки из тонкого листа.
Трехфазные сварочные аппараты обычно используются для сварки в условиях производства, поэтому делать дома их не имеет смысла.
Особой популярностью пользуются сварочники Тимвала, Буденого и на тиристорах.
Одной из самых удобных и экономных мини сварок в последнее время стала точечная, происходящая контактным способом. В быту такая вещь применяется для ремонта бытовой техники и сварки аккумуляторов.
Нагревание происходит с помощью импульса, причем импульсный миг не превышает одну десятую секунды, то есть все происходит очень быстро.
Создается такая минисварка с помощью трансформатора от старой микроволновки, который будет дорабатываться в процессе создания аппарата. Цель – возможность получить на выходе кратковременный импульс не меньше 1000А.
Доработка происходит таким образом:
В итоге на выходе должно быть около 5 вольт, но если мощность слишком мала, можно взять еще один трансформатор. После чего нужно снова проверить напряжение. Если оно не больше 2000 А – микросварочный аппарат готов к использованию.
Сварочный аппарат - желанное приобретение для любого хозяйства. Преимущества ручной элекросварки очевидны и бесспорны: простота в пользовании, широчайшая область применения, высокая производительность и надежность соединений - и все это при возможности работы практически везде, где есть электросеть. Проблем с выбором и приобретением сварочных аппаратов сегодня, вроде бы, не существует. В продаже появилось немало бытовых и профессиональных сварочных аппаратов промышленного изготовления. Наперебой предлагают свою продукцию и всевозможные кустарные мастерские и умельцы. Да вот только цены на фабричные аппараты "кусаются", как правило, в несколько раз, превосходя теперешний среднемесячный заработок. В основном именно это печальное несоответствие между собственным достатком и ценой всегда и вынуждает многих людей браться за сварку собственными руками.
В современной литературе можно встретить немало материала по сварочному делу. В последние годы ряд статей, посвященных усовершенствованию и расчету элементов сварочных трансформаторов (СТ), было опубликовано и в "Радіоаматоре", что, несомненно, свидетельствует об интересе читателей к данной теме. Я предлагаю самое главное: как и из чего в домашних условиях изготовить сварочные трансформаторы. Все описанные в дальнейшем схемы сварочных трансформаторов прошли практическую проверку и реально пригодны для ручной электросварки. Некоторые же из схем отрабатывались "в народе" на протяжении десятилетий и стали своего рода "классикой" самостоятельного "трансформаторостроения".
Как и любой трансформатор, СТ состоит из первичной и вторичной (возможно с отводами) обмоток, намотанных на крупном магнитопроводе из трансформаторного железа. От обычного трансформатора СТ отличает режим работы: работает он в дуговом режиме, т.е. в режиме практически максимально возможной мощности. А отсюда и сильные вибрации, интенсивный нагрев, необходимость применения провода большого сечения. Запитывается СТ от однофазной сети 220-240 В. Выходное напряжение вторичной обмотки в режиме холостого хода (х.х.) (когда к выходу не подключена нагрузка) у самодельных СТ лежит, как правило, в пределах 45-50 В, реже до 70 В. Вообще, выходные напряжения для промышленных сварочных агрегатов ограничены (80 В для переменного, 90 В для постоянного напряжения). Поэтому большие стационарные агрегаты имеют на выходе 60-80 В.
Основной мощностной характеристикой СТ принято считать выходной ток вторичной обмотки в дуговом режиме (режиме сварки). При этом электрическая дуга горит в зазоре между концом электрода и свариваемым металлом. Величина зазора 0,5...1,1 d (d - диаметр электрода), она поддерживается вручную. Для переносных конструкций рабочие токи составляют 40-200 А. Сварочный ток определяется мощностью СТ. От выходного тока СТ зависят выбор диаметра используемых электродов и оптимальная толщина свариваемого металла.
Наиболее распространенными являются электроды со стальными прутьями D3 мм ("тройка"), для которых необходимы токи 90-150 А (чаще 100-130 А). В умелых руках "тройка" будет гореть и при 75 А. При токах, больших 150 А, такие электроды можно применять для резки металла (тонкие листы железа 1-2 мм можно резать и при меньших токах). При работе электродом D3 мм через первичную обмотку СТ протекает ток 20-30 А (чаще около 25 А).
Если выходной ток ниже требуемого, то электроды начинают "липнуть" или "клеиться", привариваясь кончиками к свариваемому металлу: так, СТ начинает работать с опасной перегрузкой в режиме короткого замыкания. При токах, больше допустимых, электроды начинают резать материал: так можно испортить все изделие.
Для электродов с железным стержнем D2 мм необходим ток 40-80 А (чаще 50-70 А). Ими можно аккуратно сваривать тонкую сталь толщиной 1-2 мм. Электроды D4 мм хорошо работают при токе 150-200 А. Более высокие токи используют для малораспространенных (D5-6 мм) электродов и резки металла.
Кроме мощности, важным свойством СТ является его динамическая характеристика. Динамическая характеристика трансформатора во многом определяет стабильность горения дуги, а значит, и качество сварных соединений. Из динамических характеристик можно выделить крутопадающую и пологопадающую. При ручной сварке происходят неизбежные колебания конца электрода и соответственно изменение длины горения дуги (в момент зажигания дуги, при регулировании длины дуги, на неровностях, от дрожания рук). Если динамическая характеристика СТ крутопадающая, то при колебаниях длины дуги происходят незначительные изменения рабочего тока во вторичной обмотке трансформатора: дуга горит стабильно, сварной шов ложится ровно.
При пологопадающей или жесткой характеристике СТ: при изменении длины дуги резко меняется и рабочий ток, что меняет режим сварки - в результате дуга горит нестабильно, шов получается некачественным, работать с таким СТ вручную тяжело или вообще невозможно. Для ручной дуговой сварки необходима крутопадающая динамическая характеристика СТ. Пологопадающая применяется для автоматической сварки.
Вообще в реальных условиях как-либо измерить или количественно оценить параметры вольт-амперных характеристик, впрочем, как и многие другие параметры СТ, вряд ли представляется возможным. Поэтому на практике СТ можно делить на такие, которые сваривают лучше и которые работают хуже. Когда СТ работает хорошо, сварщики говорят: "Варит мягко". Под этим следует понимать высокое качество шва, отсутствие разбрызгивания металла, дуга все время горит стабильно, металл наплавляется равномерно. Все описанные в дальнейшем конструкции СТ реально пригодны для ручной дуговой сварки.
Режим работы СТ можно охарактеризовать как кратковременный повторяющийся. В реальных условиях после сваривания, как правило, следуют монтажные, сборочные и другие работы. Поэтому СТ после работы в дуговом режиме имеет какое-то время для охлаждения в режиме х.х. В дуговом режиме СТ интенсивно нагревается, а в режиме х.х. охлаждается, но намного медленнее. Хуже ситуация, когда СТ применяют для резки металла, что весьма распространено. Чтобы перерезать дугой толстые прутья, листы, трубы и т.д., при не слишком высоком токе самодельного трансформатора, приходится слишком перегревать СТ.
Любой аппарат промышленного изготовления характеризуется таким важным параметром, как коэффициент продолжительности работы (ПР), измеряемым в %. Для отечественных заводских переносных аппаратов массой 40-50 кг ПР обычно не превосходит 20%. Это значит, что СТ может работать в дуговом режиме не более 20% общего времени, остальные 80% он должен находится в режиме х.х.. Для большинства самодельных конструкций ПР следует принимать еще меньше. Интенсивным же режимом работы СТ будем считать такой, когда время горения дуги того же порядка, что и время перерывов.
Самодельные СТ выполняют по разным схемам: на П-, ПU- и Ш-образных магнитопроводах: тороидальные, с различными комбинациями расположения обмоток. Схема изготовления СТ и количество витков будущих обмоток главным образом определяются имеющимся в распоряжении сердечником - магнитопроводом. В дальнейшем в статье будут рассмотрены реальные схемы самодельных СТ и материалы для них. Сейчас же определим, какие обмоточные и изоляционные материалы понадобятся для будущего СТ.
Учитывая высокие мощности, для обмоток СТ применяют относительно толстый провод. Развивая во время работы значительные токи, любой СТ постепенно нагревается. Скорость нагрева зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является диаметр или площадь поперечного сечения проводов обмоток. Чем толще провод, тем лучше он пропускает ток, тем меньше он нагревается и, наконец, тем лучше он рассеивает тепло. Основной характеристикой является плотность тока (А/мм2): чем выше плотность тока в проводах, тем интенсивнее происходит разогрев СТ. Обмоточные провода могут быть медными или алюминиевыми. Медь позволяет использовать в 1,5 раз большую плотность тока и меньше греется: первичную обмотку лучше намотать медным проводом.
В промышленных аппаратах плотность тока не превышает 5 А/мм2 для медного провода. Для самодельных вариантов СТ удовлетворительным результатом можно считать и 10 А/мм2 для меди. С увеличением плотности тока резко ускоряется нагрев трансформатора. В принципе, для первичной обмотки можно использовать провод, через который потечет ток с плотностью до 20 А/мм2, но тогда СТ нагреется до температуры 60° С уже после использования 2-х3-х электродов. Если вы считаете, что сваривать вам придется немного, небыстро, и лучших материалов у вас все равно не найдется, то можно первичную обмотку намотать проводом и с сильной перегрузкой. Хотя это, конечно, неизбежно уменьшит надежность аппарата.
Кроме сечения, другой важной характеристикой провода является способ изоляции. Провод можно покрыть лаком, намотать в один или два слоя нити или ткани, которые, в свою очередь, пропитать лаком. От типа изоляции сильно зависит надежность обмотки, ее максимальная температура перегрева, влагостойкость, изоляционные качества (см. табл.1).
Таблица 1
Примечание . ПЭВ, ПЭМ - провода, эмалированные высокопрочным лаком (соответственно винифлекс и металвин), выпускаются с тонким (ПЭВ-1,ПЭМ-1) и усиленным изоляционными слоями (ПЭВ-2, ПЭМ-2); ПЭЛ - провод, эмалированный лаком на масляной основе; ПЭЛР-1, ПЭЛР-2 - провода, эмалированные высокопрочным полиамидным лаком, соответственно с тонким и усиленным слоями изоляции; ПЭЛБО, ПЭВЛО - провода на основе проводов типа ПЭЛ и ПЭВ с одним слоем, соответственно натурального шелка, хлопчатобумажной пряжи или лавсана; ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2 - провод, эмалированный высокопрочной полиуретановой эмалью, теплостойкой, с тонким и усиленным слоями изоляции; ПЛД - провод, изолированный двумя слоями лавсана; ПЭТВ - провод, эмалированный теплостойким высокопрочным полиэфирным лаком; провода типа ПСД - с изоляцией из бесщелочного стекловолокна, наложенного двумя слоями с подклейкой и пропиткой нагревостойким лаком (в обозначениях марок: Т - утоненная изоляция, Л - с поверхностным лаковым слоем, К - с подклейкой и пропиткой кремнийорганическим лаком); ПЭТКСОТ - провод, изолированный теплостойкой эмалью и стекловолокном; ПНЭТ-имид - провод изолированный высокопрочной эмалью на полиамидной основе. Под толщиной изоляции в таблице принимается разность между максимальным диаметром провода и номинальным диаметром по меди.
Наилучшей является изоляция из стеклоткани, пропитанной теплостойким лаком, однако достать такой провод сложно, а если покупать, то обойдется он недешево. Наименее желательным, но самым доступным материалом для самоделок являются обычные провода ПЭЛ, ПЭВ Dции. Такие провода наиболее распространены, их можно снять с катушек дросселей, трансформаторов отслужившего оборудования. Осторожно снимая старые провода с каркасов катушек, необходимо следить за состоянием их покрытия и слегка поврежденные участки дополнительно изолировать. Если катушки с проводом были дополнительно пропитаны лаком, их витки между собой склеились, и при попытке рассоединения затвердевшая пропитка часто срывает и собственное лаковое покрытие провода, оголяя металл. В редких случаях, при отсутствии других вариантов "самодельщики" наматывают первичные обмотки даже монтажным проводом в хлорвиниловой изоляции. Его недостатки: лишний объем изоляции и плохой теплоотвод.
Качеству укладки первичной обмотки СТ всегда следует уделять наибольшее внимание. Первичная обмотка содержит большее количество витков, чем вторичная, плотность ее намотки выше, она больше греется. Первичная обмотка находится под высоким напряжением, при ее межвитковом замыкании или пробое изоляции, например, через попавшую влагу, вся катушка быстро "сгорает". Как правило, восстановить ее без разборки всей конструкции невозможно.
Вторичную обмотку СТ наматывают единым или многожильным проводом, сечение которого обеспечивает необходимую плотность тока. Существует несколько способов решения этой проблемы. Первый можно использовать монолитный провод сечением 10-24 мм2 из меди или алюминия.
Такие провода прямоугольного сечения (обычно называемые шиной) используют для промышленных СТ. Однако в большинстве самодельных конструкций провод обмоток приходится много раз протягивать через узкие окна магнитопровода. Попробуйте себе представить, как это проделать примерно 60 раз с твердым медным проводом сечением 16 мм2. В этом случае лучше отдать предпочтение алюминиевым проводам: они намного мягче, да и стоят дешевле.
Второй способ - намотать вторичную обмотку многожильным проводом подходящего сечения в обычной хлорвиниловой изоляции. Он мягкий, легко укладывается, надежно изолирован. Правда, слой синтетики занимает лишний объем в окнах и препятствует охлаждению. Иногда для этих целей используют старые многожильные провода в толстой резиновой изоляции, которые применяют в мощных трехфазных кабелях. Резину легко удалить, а вместо нее провод обмотать слоем какого-нибудь тонкого изоляционного материала. Третий способ - можно изготовить вторичную обмотку из нескольких одножильных проводов примерно таких, которыми намотана первичная обмотка. Для этого 2-5 проводов D1,62,5 мм аккуратно стягивают вместе скотчем и используют как один многожильный. Такая шина из нескольких проводов занимает небольшой объем и обладает достаточной гибкостью, что облегчает ее укладку.
Если же нужный провод достать трудно, то вторичную обмотку можно изготовить из тонких, наиболее распространенных проводов ПЭВ, ПЭЛ D0,5-0,8 мм, хотя для этого и придется потратить час-другой. Для начала нужно выбрать ровную поверхность, где жестко установить два колышка или крючка с расстоянием между ними, равным длине провода вторичной обмотки 2030 м. Потом между ними протянуть без прогиба несколько десятков жил тонкого провода, получится один вытянутый пучок. Далее один из концов пучка отсоединить от опоры и зажать в патрон электро- или ручной дрели. На небольших оборотах весь пучок в слегка натянутом состоянии, закручивается в единый провод. После скручивания длина провода немного уменьшится. На концах получившегося многожильного провода нужно аккуратно обжечь лак и зачистить кончики каждого проводка отдельно, а потом надежно спаять все вместе. После всего провод желательно изолировать, обмотав его по всей длине слоем, например, скотча.
Для укладки обмоток, крепления провода, межрядовой изоляции, изоляции и крепления магнитопровода понадобится тонкий, крепкий и теплостойкий изоляционный материал. В дальнейшем будет видно, что во многих конструкциях СТ объем окон магнитопровода, в которые необходимо укладывать несколько обмоток толстыми проводами, сильно ограничен. Поэтому в этом "жизненно важном" пространстве магнитопровода дорог каждый миллиметр. При малых размерах сердечников изоляционные материалы должны занимать как можно меньший объем, т.е. быть как можно тоньше и эластичнее. Распространенную ПХВ изо1,6-2,4 мм в простой лаковой изоляленту можно исключить сразу из применения на греющихся участках СТ. Даже при незначительном перегреве она становится мягкой и постепенно расползается или продавливается проводами, а при значительном перегреве плавится и пенится. Для изоляции и бандажа можно использовать фторопластовые, стекло... и лакотканевые киперные ленты, а меж рядами - обычный скотч.
Скотч можно отнести к наиболее удобным изоляционным материалам. Ведь обладая клейкой поверхностью, малой толщиной, эластичностью, он достаточно теплоустойчивый и крепкий. Тем более что сейчас скотч продается почти везде на катушках различной ширины и диаметров. Катушки малых диаметров как нельзя лучше подходят для протяжки через узкие окна компактных магнитопрводов. Два-три слоя скотча между рядами провода практически не увеличивают объем катушек.
И наконец, самый важный элемент любого СТ - магнитопровод. Как правило, для самоделок используются магнитопроводы старых электроприборов, которые до того ничего общего с СТ не имели, например, крупные трансформаторы, автотрансформаторы (ЛАТРы), электродвигатели. Наиболее важным параметром магнитопровода является его площадь поперечного сечения (S), по которому циркулирует поток магнитного поля.
Для изготовления СТ подходят магнитопроводы с площадью сечения 25-60 см2 (чаще 30-50 см2). Чем больше сечение, тем больший поток сможет передавать магнитопровод, тем большим запасом мощности обладает трансформатор и тем меньшее количество витков содержат его обмотки. Хотя оптимальная площадь сечения магнитопровода, когда СТ средней мощности обладает лучшими характеристиками, 30 см2.
Существуют стандартные методики расчета параметров магнитопровода и обмоток для схем СТ промышленного изготовления. Однако для самоделок эти методики практически не пригодны. Дело в том, что расчет согласно стандартной методике ведется для заданной мощности СТ, причем только в единственном варианте. Для нее отдельно рассчитывают оптимальное значение сечения магнитопровода и количество витков. На самом деле, площадь сечения магнитопровода для той же мощности может находиться в весьма широких пределах.
Связи между произвольным сечением и витками в стандартных формулах нет. Для самодельных СТ обычно используют любые магнитопроводы, и понятно, что найти сердечник с "идеальными" параметрами стандартных методик практически невозможно. На практике приходится подбирать витки обмоток под существующий магнитопровод, выставляя тем самым требуемую мощность.
Мощность СТ зависит от ряда параметров, учесть которые в полной мере в обычных условиях невозможно. Однако важнейшими среди них являются количество витков первичной обмотки и площадь сечения магнитопровода. Соотношение между площадью и количеством витков и будет определять рабочую мощность СТ. Для расчета СТ, предназначенных для D3-4 мм электродов и работающих от однофазной сети с напряжением 220-230 В, предлагаю использовать следующую приближенную формулу, полученную мной на основе практических данных. Количество витков N=9500/S (см2). При этом для СТ с большой площадью магнитопровода (более 50 см2) и относительно высоким КПД можно рекомендовать увеличить количество рассчитанных по формуле витков на 10-20%.
Для СТ, изготавливаемых на сердечниках с небольшой площадью (меньше 30 см), возможно придется, наоборот, уменьшить на 1020% количество расчетных витков. Кроме того, полезная мощность СТ будет определяться еще рядом факторов: КПД, напряжением вторичной обмотки, напряжением питания в сети... (Практика показывает, что сетевое напряжение в зависимости от местности и времени может колебаться в пределах 190-250 В).
Немаловажное значение имеет и сопротивление линии электропередачи. Составляя всего единицы ома, оно практически не влияет на показания вольтметра, обладающего большим сопротивлением, но может сильно гасить мощность СТ. Особенно может сказывается влияние сопротивления линии в отдаленных от трансформаторных подстанций местах (например, дачи, гаражные кооперативы, в сельской местности, где линии проложены тонкими проводами с большим количеством соединений). Поэтому изначально точно рассчитать выходной ток СТ для разных условий, вряд ли возможно - это можно сделать только приблизительно. Наматывая первичную обмотку, ее последнюю часть лучше выполнить с 2-3 отводами через 20-40 витков. Таким образом, можно подрегулировать мощность, выбрав оптимальный для себя вариант, или подстроиться под сетевое напряжение. Для получения от СТ более высоких мощностей, например для работы D4 мм электродом на токах, больших 150 А, необходимо еще уменьшить количество витков первичной обмотки на 20-30%.
Но следует помнить, что с увеличением мощности возрастает и плотность тока в проводе, а значит, и интенсивность разогрева обмоток. Выходной ток СТ можно также несколько повысить увеличением количества витков вторичной обмотки, чтобы выходное напряжение х.х. повысилось с предполагаемых 50 В до более высоких значений (70-80 В).
Включив первичную обмотку в сеть, надо измерить ток х.х., он не должен иметь большое знание (0,1-2 А). (При включении СТ в сеть происходит кратковременный, но мощный скачок тока). В общем по току х.х. нельзя судить о выходной мощности СТ: он может быть разным даже для одинаковых типов трансформаторов. Однако, исследовав кривую зависимости тока х.х. от питающего СТ напряжения, можно более уверенно судить о свойствах трансформатора.
Рис.1
Для этого первичную обмотку СТ необходимо подключить через ЛАТР, что позволит плавно менять напряжение на ней от 0 до 250 В. Вольт-амперные характеристики СТ в режиме холостого хода при различных количествах витков первичной обмотки показаны на рис.1, где 1 - обмотка содержит мало витков; 2 - СТ работает при максимальной своей мощности; 3, 4 - умеренная мощность СТ. Сначала кривая тока полого, почти линейно возрастает до небольшого значения, потом скорость возрастания увеличивается - кривая плавно загибается вверх, после чего следует стремительное увеличение тока. Когда стремление тока к бесконечности происходит до точки рабочего напряжения 240 В (кривая 1), то это значит, что первичная обмотка содержит мало витков, и ее необходимо домотать (надо учитывать, что СТ, включенный на тоже напряжение без ЛАТРа, будет потреблять ток примерно на 30% больше). Если точка рабочего напряжения лежит на изгибе кривой, то СТ будет выдавать свою максимальную мощность (кривая 2, ток сварки порядка 200 А). Кривые 3 и 4 соответствуют случаю, когда трансформатор имеет ресурс мощности и незначительный ток х.х.: большинство самоделок ориентированы на этот случай. Реально токи х.х. различны для разных типов СТ: большинство лежит в интервале 100-500 мА. Я не рекомендую устанавливать ток х.х. более 2 А.
После знакомства с общими вопросами изготовления самодельных сварочных трансформаторов мы можем перейти к подробному рассмотрению реально существующих конструкций СТ, особенностей их изготовления и материалов для них. Практически все из них я собирал своими руками или же брал непосредственное участие при их изготовлении.
Сварочный трансформатор на магнитопроводе от ЛАТРов
Распространенным материалом для изготовления самодельных сварочных трансформаторов (СТ) издавна являются сгоревшие ЛАТРы (лабораторный автотрансформатор). Те, кто имел с ними дело, хорошо знают, что это такое. Как правило, все ЛАТРы имеют примерно одинаковый внешний вид: хорошо вентилируемый жестяной корпус круглой формы с жестяной или эбонитовой лицевой крышкой со шкалой от 0 до 250 В и вращающейся рукояткой. Внутри корпуса находится тороидальный автотрансформатор, выполненный на магнитопроводе значительного сечения. Именно этот сердечник-магнитопровод понадобится от ЛАТРа для изготовления нового СТ. Обычно требуется два одинаковых кольца-магнитопровода от крупных ЛАТРов.
ЛАТРы выпускались разных типов с максимальным током от 2 до 10 А. Для изготовления годятся только те СТ, размеры магнитопроводов которых позволяют уложить необходимое количество витков. Наиболее распространенным среди них, наверное, является автотрансформатор типа ЛАТР 1М, который в зависимости от провода обмотки рассчитан на ток 6,7-9 А, хотя размеры самого автотрансформатора от этого не меняются. Магнитопровод ЛАТР 1М имеет следующие размеры: внешний диаметр D=127 мм; внутренний диаметр d=70 мм; высота кольца h=95 мм; сечение S=27 см2 и массу около 6 кг. Из двух колец от ЛАТР 1М можно изготовить хороший СТ, правда, из-за малого внутреннего объема окна нельзя использовать слишком толстые провода и придется экономить каждый миллиметр пространства окна.
Существуют ЛАТРы и с более объемными кольцами-магнитопрводами, например РНО-250-2 и другие. Они лучше подходят для изготовления СТ, но менее распространены. У других автотрансформаторов, аналогичных по параметрам ЛАТР 1М, например АОСН-8-220, магнитопровод имеет внешний диаметр кольца больше, но зато меньшие высоту и диаметр окна d=65 мм. В этом случае диаметр окна необходимо расширить до 70 мм. Кольцо магнитопровода состоит из намотанных друг на друга отрезков железной ленты, скрепленной по краям точечной сваркой.
Для того чтобы увеличить внутренний диаметр окна, следует изнутри отсоединить конец ленты и отмотать необходимое количество. Но не пытайтесь отмотать за один раз. Лучше отматывать по одному витку, каждый раз отрезая лишнее. Иногда таким образом расширяют и окна более крупных ЛАТРов, хотя при этом неизбежно уменьшается площадь магнитопровода.
В начале изготовления СТ необходимо изолировать оба кольца. Особое внимание при этом обратите на углы краев колец - они острые, могут запросто разрезать наложенную изоляцию, а потом замкнуть собой провод обмотки. На углы лучше вдоль наложить какую-нибудь крепкую и эластичную ленту, например, плотную киперную или разрезанную вдоль трубку кембрик. Сверху кольца (каждое отдельно) обматывают нетолстым слоем тканевой изоляции.
Далее изолированные кольца соединяют вместе (рис.2). Кольца плотно стягивают крепкой лентой, а по бокам фиксируют деревянными колышками, также потом стянутыми изолентой сердечник магнитопровод для СТ готов.
Следующий шаг самый ответственный - укладка первичной обмотки. Обмотки данного СТ наматывают по схеме (рис.3) - первичная посредине, две секции вторичной - на боковых плечах. "Спецы", знающие этот тип трансформатора, часто называют его на своеобразном жаргоне "ушастиком" из-за круглых "чебурашкиных ушей", выступающих в разные стороны секций вторичной обмотки.
На первичную уходит около 70-80 м провода, который придется каждым витком протягивать через оба окна магнитопровода. При этом никак не обойтись без нехитрого приспособления (рис.4). Сначала провод наматывают на деревянное мотовильце и в таком виде без проблем протягивают через окна колец. Провод обмотки может состоять из кусков (даже метров по десять) если удалось достать только такой. В этом случае его наматывают частями, а концы соединяют между собой. Для этого пролуженные кончики соединяют (не скручивая) и скрепляют несколькими витками тонкой медной жилы без изоляции, потом окончательно пропаивают и изолируют. Такое соединение не дает трещин в проводе и не занимает большого объема.
Диаметр провода первичной обмотки 1,6-2,2 мм. Для магнитопроводов, составленных из колец с диаметром окна 70 мм, можно применять провод диаметром не более 2 мм, иначе останется мало места для вторичной обмотки. Содержит первичная обмотка, как правило, 180-200 витков при нормальном сетевом напряжении.
Итак, предположим, перед вами собранный магнитопровод, провод подготовлен и намотан на мотовильце. Приступаем к намотке. Как всегда на конец провода надеваем кембрик и притягиваем его изолентой к началу первого слоя. Поверхность магнитопровода имеет закругленную форму, поэтому первые слои будут содержать меньше витков, чем последующие - для выравнивания поверхности (рис.5).
Провод следует укладывать виток к витку, ни в коем случаи не допуская захлестывания провода на провод. Слои провода обязательно изолировать друг от друга. (При работе СТ сильно вибрирует. Если провода в лаковой изоляции лежат друг на друге без промежуточной изоляции, то в результате вибрации и трения друг о друга слой лака может разрушиться, и произойдет замыкание). Для экономии пространства обмотку следует укладывать как можно компактнее. На магнитопроводе из некрупных колец межслоевую изоляцию следует использовать потоньше.
Для этих целей хорошо подходят небольшие катушки скотча, которые без труда проходят в заполненные окна, а сам скотч не занимает лишнего объема. Не следует стремиться намотать первичную обмотку быстро и за один раз. Процесс этот медленный, а после укладки жестких проводов начинают болеть пальцы. Лучше сделать это за 2-3 подхода - ведь качество важнее скорости.
Когда первичная обмотка изготовлена, большая часть работы выполнена. Займемся вторичной обмоткой. Определим количество витков вторичной обмотки на заданное напряжение. Для начала включим уже готовую первичную обмотку в сеть. Ток х.х. этого варианта СТ небольшой - всего 70-150 мА, гул трансформатора должен быть еле слышен. Намотайте на одно из боковых плеч 10 витков любого провода и измерьте выходное напряжение на нем.
На каждое из боковых плеч приходится по половине магнитного потока, создаваемого на центральном плече, поэтому здесь на каждый виток вторичной обмотки приходится 0,6-0,7 В. Исходя из полученного результата, рассчитайте количество витков вторичной обмотки, ориентируясь на напряжение 50 В (около 75 витков).
Выбор материала вторичной обмотки ограничен оставшимся пространством окон магнитопровода. Тем более что каждый виток толстого провода придется протягивать по всей длине в узкое окно, и никакая "автоматизация" тут, увы, не поможет. Мне доводилось видеть трансформаторы, сделанные на кольцах ЛАТР 1М, в которые народные умельцы с помощью молотка и собственного терпения впихивали толстенный монолитный медный провод сечением "квадратов" двадцать.
Другое дело, если вы новичок в этом деле, то испытывать судьбу не стоит разматывать обратно твердую медь также трудно, как и наматывать. Легче намотать алюминиевым проводом сечением 16-20 мм2. Проще всего намотать обычным многожильным проводом 10 мм2 в синтетической изоляции - он мягкий, гибкий, хорошо изолирован, но при работе будет греться. Можно изготовить вторичную обмотку и из нескольких жил медного провода, как это было описано выше. Половину витков намотать на одно плечо, половину на другое (рис.3). Если не окажется проводов достаточной длины, можно соединить из кусков - ничего страшного. Намотав обмотки на оба плеча, нужно измерить напряжение на каждом из них, оно может отличаться на 2-3 В - сказываются несколько отличные свойства магнитопроводов разных ЛАТРов, что особо не влияет на свойства СТ. Потом обмотки на плечах последовательно соединить, но надо следить, чтобы они не оказались в противофазе, иначе на выходе получится напряжение, близкое к 0. При напряжении сети 220-230 В СТ данной конструкции должен развивать ток в дуговом режиме 100-130 А, при коротком замыкании ток вторичной цепи до 180 А.
Может оказаться, что в окна не удалось вместить все рассчитанные витки вторичной обмотки, и выходное напряжение оказалось ниже требуемого. Рабочий ток уменьшится несильно. В большей степени понижение напряжения х.х. влияет на процесс зажигания дуги. Дуга зажигается легко при напряжении х.х., близкого 50 В и выше, хотя дугу можно без особых проблем зажигать и при более низких напряжениях. Мне доводилось работать с СТ с выходом х.х. 37 В на переменном токе, и при этом качество вполне устраивало. Так что если изготовленный СТ имеет напряжение на выходе 40 В, то его вполне можно применять для работы. Другое дело, если попадутся электроды, рассчитанные на высокие напряжения, - некоторые марки электродов работают от 70-80 В.
На кольцах от ЛАТРов можно также изготовить СТ по тороидальной схеме (рис.6). Для этого необходимы также два кольца, лучше от крупных ЛАТРов. Кольца соединяют и изолируют: получается одно кольцо-магнитопровод со значительной площадью. Первичная обмотка содержит столько же витков, но ее наматывают по длине всего кольца и, как правило, в два слоя. Проблема дефицита внутреннего пространства окна магнитопровода такой схемы СТ стоит еще более остро, чем для предыдущей конструкции. Поэтому изолировать нужно как можно более тонкими слоями и материалами. Нельзя применять и толстые обмоточные провода (рекомендуемый для первичной обмотки D1,8 мм). В некоторых установках применяют ЛАТРы особенно больших размеров, только на одном кольце такого можно изготовить тороидальный СТ.
Выгодное отличие тороидальной схемы СТ - достаточно высокий КПД. На каждый виток вторичной обмотки приходится более 1 В напряжения, следовательно, "вторичка" будет иметь меньше витков, а выходная мощность выше, чем в предыдущей схеме. Однако длина витка на тороидальном магнитопроводе больше, и сэкономить на проводе здесь вряд ли удастся. К недостаткам данной схемы следует отнести сложность намотки, ограниченный объем окна, невозможность использования провода большого сечения, а также большую интенсивность нагрева. Если в предыдущем варианте все обмотки находились раздельно и хоть частично имели контакт с воздухом, то теперь первичная обмотка находится полностью под вторичной, и их нагрев взаимоусиливается.
Применить для вторичной обмотки жесткие провода сложно. Ее легче намотать мягким многожильным или изготовленным из нескольких жил проводом. Если правильно подобрать все провода и аккуратно их уложить, то в пространство окна магнитопровода вместится необходимое количество витков вторичной обмотки, и на выходе СТ получится нужное напряжение. Характеристику горения дуги у тороидального СТ можно считать лучшей, чем у предыдущего трансформатора.
Иногда из нескольких колец ЛАТРов делают тороидальный СТ, но ставят их не друг на друга торцами, а перематывают железные полосы ленты из одного на другой. Для этого сначала из одного кольца выбирают внутренние витки полос - чтобы расширить окно. Кольца других ЛАТРов распускают полностью на полосы ленты, которые потом как можно плотнее наматывают на наружный диаметр первого кольца. После этого собранный единый магнитопровод очень плотно наматывают изолирующей лентой. Таким образом, получается кольцо-магнитопровод с более объемным внутренним пространством, чем у всех предыдущих. В такой можно вместить провод значительного сечения, и сделать это гораздо проще. Необходимое количество витков рассчитывают по площади сечения собранного кольца. К недостаткам этой конструкции следует отнести трудоемкость изготовления магнитопровода. Тем более что как не старайся, а вручную намотать железные полосы друг на друга также плотно, как раньше, все равно не удастся. В результате магнитопровод получается хлипким. При работе СТ железо в нем сильно вибрирует, издавая мощный гул.
Иногда "родные" обмотки ЛАТРов подгорают только с одного края на токоотводной дорожке или вообще остаются невредимыми. Тогда возникает соблазн избавить себя от лишних усилий и использовать уже готовую, прекрасно уложенную первичную обмотку одного кольца. Практика показывает, что в принципе реализовать эту идею можно, правда, польза из такой затеи будет минимальна. Обмотка ЛАТР 1М имеет 265 витков провода диаметром 1 мм. Если намотать вторичную прямо на нее, то трансформатор станет развивать непомерную для себя мощность, быстро нагреется и выйдет из строя. Ведь реально "родная" обмотка ЛАТРа может работать на небольшой мощности - только для D2 мм электродов, которым необходим ток 50-60 А. Тогда по первичной обмотке трансформатора должен протекать ток около 15 А.
Для такой мощности первичная обмотка СТ из одного ЛАТРа должна содержать около 400 витков. Их можно домотать, предварительно покрыв лаком токоотводящую дорожку и изолировав родную обмотку ЛАТРа. Можно поступить и по-другому: не доматывать витки, а погасить мощность балластным резистором, включенным в цепь первичной или вторичной обмотки. В качестве активного сопротивления можно использовать батарею параллельно соединенных мощных проволочных резисторов, например ПЭВ50...100, суммарным сопротивлением 10-12 Ом, включенных в цепь первичной обмотки. Во время работы резисторы сильно нагреваются, чтобы избежать этого, их можно заменить дросселем (реактивным сопротивлением). Дроссель намотать на каркасе 100-200-ватного трансформатора с количеством витков 200-100. Хотя СТ будет обладать значительно лучшей характеристикой, если балластный резистор (сотые доли ома) включен на выходе вторичной обмотки. Для этого используйте отрезок толстого высокоомногого провода, навитого в спираль, длину которого подберите экспериментально.
В некоторых приборах использовали ЛАТРы особенно крупных размеров, только на одном кольце от такого можно намотать полноценный СТ. В вышеописанных конструкциях приходилось использовать по два кольца: это делалось не столько из-за необходимости увеличения площади магнитопровода, сколько для уменьшения количества витков, иначе они просто не вместились бы в узких окнах. В принципе для СТ достаточно площади сечения и одного кольца: он имел бы даже лучшие характеристики, так как плотность магнитного потока была бы более близка к оптимальной. Но проблема заключается в том, что магнитопроводы меньшей площади неизбежно требуют большего количества витков, что увеличивает объем катушек и требует большего пространства окон.
Сварочный трансформатор на магнитопроводе из статора электродвигателя
От ЛАТРов перейдем к следующему распространенному источнику получения хороших магнитопроводов для СТ. Часто тороидальные СТ наматывают на материале магниторовода, взятого от вышедшего из строя крупного асинхронного трехфазного электродвигателя, которые наиболее распространены в промышленности. Для изготовления СТ подходят двигатели мощностью близкой 4кВ А и более.
Электродвигатель состоит из вращающегося на валу ротора и неподвижного статора, впрессованного в металлический корпус мотора, которые соединены двумя боковыми крышками, стянутыми между собой шпильками. Интерес представляет только статор. Статор состоит из набора пластин железа - магнитопровода круглой формы с установленными на нем обмотками. Форма магнитопровода статора не совсем кольцевая, с внутренней стороны у него есть продольные пазы, в которые и уложены обмотки двигателя.
У различных марок двигателей даже одинаковой мощности могут быть статоры с различными геометрическими размерами. Для изготовления СТ лучше подходят те, у которых диаметр корпуса побольше, а длина соответственно меньше.
Самая важная часть в статоре кольцо магнитопровода. Магнитопровод запрессован в чугунный или алюминиевый корпус двигателя. В пазы магнитопровода плотно уложены провода, которые необходимо удалить.
Сделать это лучше, когда статор еще запрессован в корпусе. Для этого с одной стороны статора все выходы обмоток обрубают под торец острым зубилом. С противоположной стороны провод обрезать не следует - там обмотки образуют что-то вроде петель, за которые можно вытянуть оставшиеся провода. С помощью монтировки или мощной отвертки изгибы петель провода поддевают и вытаскивают по несколько проводков за один раз. Торец корпуса двигателя при этом служит упором, создавая рычаг. Провода выходят легче, если их сначала обжечь.
Обжигать можно паяльной лампой, направляя струю строго вдоль паза. Надо следить, чтобы не перегреть железо статора, иначе оно потеряет свои электротехнические качества. Металлический корпус потом легко разрушить - несколько ударов хорошего молотка, и он расколется - главное в этом не перестараться.
Если кольцо магнитопровода двигателя скреплено и отделено от обмоток и корпуса, то оно плотно изолируется как обычно. Иногда можно услышать, что оставшиеся пазы обмоток надо набить железом, якобы для увеличения площади магнитопровода. Делать этого ни в коем случае нельзя: иначе свойства трансформатора резко ухудшатся, он начнет потреблять непомерно большой ток, а его магнитопровод будет сильно греться даже в режиме холостого хода.
Кольцо статора имеет внушительные размеры: внутренний диаметр порядка 150 мм, в такой можно уложить провод значительного сечения, не беспокоясь о запасе места.
Площадь поперечного сечения магнитопровода периодически меняется по длине кольца из-за пазов: внутри паза ее значение намного меньше. Именно на это - меньшее значение и следует ориентироваться при расчете количества витков первичной обмотки (рис.7).
Для примера я приведу параметры реально существующего СТ, изготовленного из статора электродвигателя. Для него использовался асинхронный двигатель мощностью 4,18 кВ А с внутренним диаметром кольца магнитопровода 150 мм, внешним - 240 мм и высотой кольца-магнитопровода 122 мм. Эффективная площадь сечения магнитопровода равна 29 см2. Набор пластин магнитопровода изначально был не скреплен, поэтому его пришлось проварить восьмью продольными швами по внешней стороне кольца. Какихлибо явно выраженных отрицательных последствий, связанных с токами Фуко, как мы того опасались, сварные швы не вызвали. Первичная обмотка тороидального СТ имеет 315 витков медного провода диаметром 2,2 мм, вторичная рассчитана на напряжение 50 В. Первичная обмотка намотана в два с лишним слоя, вторичная уложена на 3/4 длины кольца. СТ в дуговом режиме развивает ток прядка 180-200 А при напряжении питания 230 В.
При намотке вторичной обмотки тороидального СТ ее желательно укладывать так, чтобы она не перекрывала последнюю часть первичной, тогда первичную обмотку всегда можно домотать или отмотать при окончательной настройке СТ.
Такой трансформатор можно намотать и с разнесенными на разные плечи обмотками (рис.8). В этом случае всегда имеется доступ к каждой из них.
Сварочный трансформатор из телевизионных трансформаторов
У всех описанных выше конструкций сварочных трансформаторов есть общие недостатки: необходимость наматывать провод, каждый раз протягивая витки через окно, а также дефицит материала магнитопровода, - ведь далеко не каждый может достать кольца от ЛАТРа или подходящий статор от электродвигателя. Поэтому я разработал и изготовил СТ собственной конструкции, не требующий дефицитных материалов. Он не имеет указанных недостатков, и его легко реализовать в домашних условиях. В качестве исходного материала для данной конструкции используется очень распространенный материал - части от телевизионных трансформаторов.
В старых отечественных цветных телевизорах использовались крупные, увесистые сетевые трансформаторы, например, ТС-270, ТС-310, СТ270. Эти трансформаторы имеют U-образные магнитопроводы, их легко разобрать, отвинтив всего-то две гайки на стягивающих шпильках, и магнитопровод распадается на две половинки. У более старых трансформаторов ТС-270, ТС- 310 сечение магнитопровода имеет размеры 2х5 см, S=10 см2, а у более новых ТС-270, сечение магнитопропода S=11,25 см2 при размерах 2,5х4,5 см. При этом ширина окна у старых трансформаторов на несколько миллиметров больше.
Более старые трансформаторы намотаны медным проводом, из их первичных обмоток может пригодиться провод диаметром 0,8 мм.
Новые трансформаторы намотаны алюминиевым проводом. Сегодня это добро в массовом порядке перекочевывает на свалки, поэтому проблемы с их приобретением вряд ли возникнут. Несколько старых или сгоревших трансформаторов можно недорого купить в любой телеремонтной мастерской. Вот их-то магнитопроводы (вместе с их же каркасами) при незначительных переделках можно использовать для изготовления СТ. Для СТ понадобиться три одинаковых трансформатора от телевизоров, при этом суммарная площадь их объединенного магнитопровода будет 30-34 см2. Как их соединить между собой показано на рис.9, где 1,2,3 - магнитопроводы м каркасами от телевизионных трансформаторов. Три отдельных U-образных сердечника соединяют торцами друг к другу и стягивают теми же хомутами-каркасами. При этом выступающие за торец части металлических каркасов необходимо подрезать: на центральном магнитопроводе с обеих сторон, у боковых - лишь с одной внутренней стороны.
В результате получается единый магнитопровод большого сечения, который легко собрать и разобрать. При разборке телевизионных трансформаторов необходимо сразу же обозначить смежные стороны магнитопроводов для того, чтобы при сборке не перепутать половинки разных сердечников. Они должны состыковаться точно в том же положении, как и были собраны на заводе.
Объем окна получившегося магнитопровода позволяет использовать для первичной обмотки провод до 1,5 мм диаметром, а для вторичной шину - прямоугольного сечения 10 мм2 или многожильный провод, изготовленный из пучка тонких проводов диаметром 0,6-0,8 мм того же сечения. Это, конечно, маловато для полноценного СТ однако оправдывает себя в случаи непродолжительных работ, учитывая невысокие затраты на изготовление данной конструкции.
Обмотки наматывают на картонные каркасы отдельно от магнитопровода. Картонный каркас можно изготовить из пары "родных" каркасов трансформатора, выкинув из них с одной узкой стороны боковые щечки, а вместо этого широкие щечки склеить между собой с помощью дополнительных полос жесткого картона. При намотке внутрь картонных каркасов обязательно надо плотно вложить несколько обрезков деревянных дощечек, но только не одну, иначе ее ужмет обмотка, и она не выйдет обратно. Обмотки необходимо укладывать виток к витку, как можно плотнее. С внешней стороны, после первого слоя провода и далее через каждые два, необходимо вставлять деревянные вставки (рис.10), чтобы обеспечить зазоры и вентиляцию обмоток.
Вторичную обмотку лучше всего изготовить из шины прямоугольного сечения 10 мм2, так она займет наименьший объем. Если же шины у вас нет, и вы решили изготовить провод вторичной обмотки из пучка завалявшихся тонких проводов, как это было описано выше, то будьте готовы к возможным затруднениям с ее укладкой. В случае многожильного провода вторичной обмотки может оказаться, что она не "влезает" в положенный объем каркаса: в основном из-за коробления пружинящих витков, а лучше стянуть их не получается, так как разрушится каркас. В этом случае придется вообще отказаться от картонного каркаса.
Вторичную обмотку надо мотать на уже собранный, с установленной катушкой первичной обмотки магнитопровод, протягивая каждый ее виток через окно. На жестком магнитопроводе гибкий провод удастся стянуть значительно плотнее, чем на картонном каркасе, и в окно войдет большее количество витков.
При сборке магнитопровода особое внимание следует уделить надежности крепления и плотности прилегания отдельных половинок ПU- образного сердечника. Как уже говорилось, сопрягаемые половинки магнитопровода должны быть от одних и тех же трансформаторов и установлены теми же сторонами, что и на заводе. Под гайки стягивающих шпилек обязательно нужно подложить шайбы большого диаметра и гровера. На моем СТ первичная обмотка содержит 250 витков лакированного провода диаметром 1,5 мм, вторичная - 65 витков многожильного провода сечением 10 мм2, что обеспечивает выход 55 В при сетевом напряжении 230 В. При таких данных ток холостого хода 450 мА; ток в дуговом режиме во вторичной цепи 60-70 А; характеристика горения дуги хорошая. Собран он на основе деталей СТ-270. Сварочный трансформатор используется для работы электродом с диаметром 2 мм, устойчиво, но слабо горит на нем и "тройка".
Достоинства СТ данного типа простота в изготовлении и распространенность материала для него. Основным же недостатком является несовершенство магнитопровода, имеющего сжатый зазор между двумя половинками. При заводском изготовлении у трансформаторов такого типа зазоры магнитопровода заполняются специальным наполнителем. В домашних условиях их приходится стягивать "в сухую", что, конечно же, ухудшает характеристику и КПД трансформатора. В окно небольшого объема не удается уложить толстые провода, что сильно снижает коэффициент продолжительности работы СТ. Надо отметить, что греется первичная обмотка у этого СТ сильнее, чем, например, обмотка с таким же проводом у СТ на ЛАТРах - "ушастике". Здесь сказывается, во-первых, большое количество витков обмоток и, вероятно, несовершенство магнитной системы трансформатора. Тем не менее СТ можно с успехом использовать в подсобных целях, особенно для сваривания тонкого автомобильного металла. Он отличается особенно компактными размерами и небольшой массой - 14,5 кг.
Другие типы сварочных трансформаторов
СТ кроме специального изготовления можно получить, переоборудовав готовые трансформаторы различного назначения. Мощные трансформаторы подходящего типа применяют для создания сетей с напряжением 36, 40 В, обычно в местах с повышенной пожароопасностью, влажностью и для других нужд. Для этих целей используют разные типы трансформаторов: разных мощностей, включаемых в 220, 380 В по одно- или трехфазной схеме. Наиболее мощные из переносных типов имеют, как правило, мощность до 2,5 кВ.А. Провод и железо таких трансформаторов подбирают по мощности, из расчета работы в длительном режиме (плотность тока 2-4 А/мм2), поэтому они имеют значительные сечения. В режиме дуговой сварки трансформатор способен развивать мощность в несколько раз выше номинальной, а его провод безбоязненно переносит кратковременные перегрузки тока.
Если вы имеете мощный однофазный трансформатор с клеммами для включения на 220/380 В и выход 36 В (возможно 12 В), то проблем с его подключением нет. Возможно придется домотать несколько витков вторичной обмотки для повышения выходного напряжения. Подходят трансформаторы с диаметром провода первичной обмотки около 2 мм, имеющие площадь магнитопровода до 60 см2.
Существуют трансформаторы на напряжение 36 В, предназначенные для включения в трехфазную сеть 380 В. Для переоборудования хорошо подходят трансформаторы мощностью 2,5 кВ.А, а мощностью 1,25 и 1,5 кВ.А можно использовать только в кратковременном режиме, так как их обмотки при значительных перегрузках быстро перегреваются.
Для использования трехфазных трансформаторов от однофазной сети 220 В, их обмотки необходимо соединить между собой по-другому. Тогда при хорошем напряжении в сети мощности полученного СТ будет достаточно для работы электродом D4 мм.
Изготовлены трехфазные трансформаторы на Ш-образном магнитопроводе с сечением одного плеча не менее 25 см2 (рис.11).
На каждом плече намотано по две обмотки - внутри первичная и вторичная поверх нее. Таким образом, трансформатор имеет шесть обмоток. Для начала необходимо отключить обмотки от предыдущей схемы и найти начало и конец каждой. Катушки среднего плеча в данном случае не понадобятся вообще работать будут только обмотки на крайних плечах. Две первичные обмотки с крайних плеч нужно соединить между собой параллельно. Ввиду того что магнитный поток должен циркулировать в магнитопроводе в одном направлении, то катушки на противоположных плечах должны создавать потоки в противоположные стороны относительно, например, оси центрального плеча: одна вверх, другая вниз. Так как катушки намотаны одинаково, то токи в них должны течь в противоположных направлениях. Значит, параллельно соединять их нужно разными концами: начало 1-й соединить с концом 2-й, конец 1-й с началом 2-й (рис.12).
Вторичные обмотки соединяют последовательно между собой концами либо началами (рис.12). Если обмотки подключены правильно, то выходное напряжение х.х. должно не намного превышать 50 В.
Трансформаторы данного типа часто встроены в удобный металлический корпус с ручками и откидной крышкой. Переоборудование их в сварочные аппараты весьма распространено.
Большинство промышленных однофазных СТ изготовлены по П-образной схеме, магнитопровод которых собран из набора прямоугольных пластинок соответствующей длины и ширины. Обмотки на П-образном магнитопроводе можно располагать по двум вариантам: в первом (рис.13,а) трансформатор обладает большим КПД, во втором (рис.13,б) СТ легче изготовить, а потом в случае необходимости добавить или убрать какое-то количество витков в уже собранном трансформаторе. В этом случае трансформатор легче ремонтировать, так как сгорает только одна обмотка, а вторая обычно остается целой. При использовании схемы (рис.13,а), при возгорании одной обмотки, всегда обугливается и вторая.
Если есть подходящие пластинки из трансформаторного железа, то СТ на П-образном магнитопроводе легко изготовить самостоятельно. Обмотки наматывают отдельно на каркас, а потом устанавливают на собираемый магнитопровод. Как собран П-образный магнитопровод, проще всего увидеть, разобрав любой небольшой трансформатор аналогичной конструкции. В больших трансформаторах пластины устанавливают не через одну, а пакетами по 3-4 штуки, так быстрее.
Магнитопровод для СТ можно использовать, например, от П-образных трансформаторов, снятых со старого оборудования, если у них достаточны объем ока б на и сечение магнитопровода. Но, как правило, большинство приборных трансформаторов обладают ограниченными размерами. Имеет смысл собрать из двух одинаковых трансформаторов один магнитопровод, увеличив, таким образом, площадь сечения. Увеличение сечения магнитопровода дает выигрыш в витках: их теперь придется наматывать значительно меньше. А чем меньше витков, тем в меньшее по объему окно можно установить обмотки. Разумный предел 5060 см2.
СТ можно изготовить на Ш-образном магнитопроводе при условии, что в его окна поместится нужное количество витков толстых обмоточных проводов. Автор изготовил СТ из магнитопроводов двух одинаковых Ш-образных трансформаторов с внешними размерами Ш-образной пластинки 122х182 мм и размерами окна 31х90 мм. Площадь сечения сложенного из набора пластин от двух трансформаторов магнитопровода превысила 60 см2, что дало возможность до минимума снизить число витков его обмоток. Впритык вошла первичная обмотка из 176 витков провода D1,68 мм и вторичная в два провода D2,5 мм с выходным напряжением 46 В. При сетевом напряжении 235 В СТ развил ток дуги 160 А, хотя грелся при этом больше, чем хотелось бы...
Как правило, сложенные из пластин сердечники промышленных трансформаторов можно легко разобрать: снять старые провода и намотать новые обмотки несложно. Иногда имеет смысл сначала установить на Ш-образный магнитопровод вторичную обмотку (низкого напряжения), а поверх нее - первичную (высокого напряжения). Характеристики СТ от этого не ухудшаются, но зато удается избежать многих проблем. Количество витков вторичной обмотки может быть весьма приблизительным, ориентированным на 40-60 В. Подбирать же, подстраивая СТ под нужную мощность, придется витки первичной обмотки. Так, рассчитав и уложив сначала обмотку низкого напряжения, ориентируясь примерно на 50 В, потом можно всегда снять или добавить определенное количество витков с верхней первичной обмотки уже готового СТ.
В отслуживших "свой век" агрегатах и оборудовании можно встретить довольно мощные и крупные трансформаторы.
Для стационарных трансформаторов никогда не используются предельные возможности ни железа, ни обмоточных проводов - все делается с запасом. Провода часто имеют значительные сечения, так как рассчитаны на плотность тока в 3-4 раза меньше, чем допустимая для СТ. Очень часто большие трансформаторы имеют много вторичных обмоток, рассчитанных на разные напряжения и мощности. Первичная обмотка в трансформаторе всегда одна, и ее провод рассчитан на полную мощность. В этом случаи можно оставить первичную обмотку полностью или частично отмотать, а все вторичные снять, намотав на их место одну толстым проводом. Если же непригодна и первичная обмотка, но сам магнитопровод подходит для изготовления СТ, то придется намотать все обмотки.
В оборудовании чаще используются невысокие напряжения - 12; 27 В. Поэтому мощные, намотанные толстым проводом, трансформаторы могут иметь выход 2х12 В, 27 В и другие, которые явно недостаточны для применения в качестве СТ. Если имеется два таких трансформатора, то их можно объединить, не переделывая, в один сварочный. Для этого первичные обмотки включают параллельно, а вторичные соединяют последовательно, и их напряжения суммируют.
Может оказаться, что такой объединенный СТ будет обладать плохой, близкой к жесткой, характеристикой. Для исправления характеристики необходимо включить в цепь вторичной обмотки, последовательно с дугой, балластное сопротивление - отрезок нихромовой или другой высокоомной проволоки. Обладая сопротивлением порядка сотых долей ома, она несколько уменьшит мощность СТ, зато позволит работать в ручном режиме.
Регулировка тока сварочного трансформатора
Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока.
Существуют различные способы регулировки тока СТ. Легче всего еще при намотке обмоток сделать их с отводами и, переключая количество витков, изменять ток. Однако использовать такой способ можно разве что для подстройки тока, нежели его регулировки в широких пределах. Ведь, чтобы уменьшить ток в 2-3 раза, придется слишком увеличивать количество витков первичной обмотки, что неизбежно приведет к падению напряжения во вторичной цепи.
В промышленных аппаратах используют разные способы регулировки тока: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов; изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования и др.; применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов; использование тиристорных, симисторных и других электронных схем регулирования мощности. Большинство промышленных схем регулирования мощности слишком сложны для полноценной реализации на самодельных СТ. Рассмотрим упрощенные, реально используемые в самодельном исполнении способы.
В последнее время некоторое распространение получили тиристорные и симисторные схемы регулировки мощности.
Обычно симистор включают в цепь первичной обмотки, тиристор можно использовать только на выходе. Регулирование мощности происходит способом периодического отключения на фиксированный промежуток времени первичной или вторичной обмотки СТ на каждом полупериоде тока; среднее значение тока при этом уменьшается. Естественно, ток и напряжение после этого имеют не синусоидальную форму. Такие схемы позволяют регулировать мощность в широких пределах. Человек, разбирающийся в радиоэлектронике, может изготовить такую схему самостоятельно, хотя это весьма непросто.
В разных журналах можно встретить множество очень простых схем с тем же принципом работы, состоящих всего из нескольких деталей. Предназначены они в основном для регулировки накала лампочек и электронагревательных приборов. В качестве регуляторов мощности для СТ эти схемы малопригодны. Большинство из них работают неустойчиво: их шкалы не линейны, а калибровка меняется с изменением напряжения сети, ток через тиристор постепенно увеличивается во время работы из-за нагрева элементов схемы, кроме того, обычно сильно гасится выходная мощность СТ даже при максимальном положении отпирания регулятора.
Не удивляйтесь, если при подключении симисторной схемы к первичной обмотке СТ начинает "стучать" уже на х.х. Стук этот слышен в прямом смысле слова, причем у СТ, до того работавших на х.х. практически бесшумно. Это и неудивительно, ведь при каждом отпирании симистора происходит мгновенное нарастание напряжения, вызывающего мощные кратковременные импульсы ЭДС самоиндукции и скачки потребляемого тока. Промышленные аппараты, намотанные толстым проводом в надежной изоляции, переносят этот изъян питания без каких-либо последствий. Для "хилых" самодельных конструкций я бы не рекомендовал использовать симистор по первичной обмотке.
Для самодельных конструкций лучше использовать симисторный или тиристорный регулятор в цепи вторичной обмотки. Это избавит СТ от лишних нагрузок. Для этого подойдет почти та же схема, но с более мощным прибором, хотя процесс горения дуги несколько ухудшается при использовании регуляторов данного типа. Ведь теперь при уменьшении мощности дуга начинает гореть отдельными все более кратковременными вспышками. Такой способ регулировки тока из-за сложности изготовления и низкой надежности не получил распространения для самодельных СТ.
Самое широкое распространение получил очень простой и надежный способ регулировки тока с помощью включенного на выходе вторичной обмотки балластного сопротивления. Его сопротивление составляет порядка сотых, десятых долей ома, и его подбирают экспериментально.
Для этих целей издавна применяют мощные проволочные сопротивления, использовавшиеся в подъемных кранах и троллейбусах, или отрезки спиралей ТЭНов (теплоэлектронагреватель), куски толстой высокоомной проволоки. Несколько уменьшить ток можно даже с помощью растянутой дверной пружины из стали. Балластное сопротивление можно включать стационарно (рис.14) или так, чтобы потом можно было относительно легко выбрать нужный ток. Большинство проволочных резисторов большой мощности изготовлены в виде открытой спирали, установленной на керамический каркас длиной до полуметра, как правило, в спираль смотана и проволока от ТЭНов.
Один конец такого сопротивления подключают к выходу СТ, а конец провода "массы" или держателя электродов оборудуют съемным зажимом, который легко перебросить по длине спирали сопротивления, выбирая нужный ток (рис.15). Промышленность выпускает для СТ специальные магазины сопротивлений с переключателями и мощные реостаты. К недостаткам такого способа регулировки надо отнести громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении.
Но зато балластные сопротивления, хоть и обладая часто грубой и примитивной конструкцией, улучшают динамическую характеристику СТ, сдвигая ее в сторону крутопадающей. Попадаются СТ, которые без балластного сопротивления работают крайне неудовлетворительно.
В промышленных аппаратах регулировка тока с помощью включения активного сопротивления из-за их громоздкости и нагрева не нашла распространения. Зато очень широко применяют реактивное шунтирование - включение во вторичную цепь дросселя. Дроссели имеют разнообразные конструкции, часто объединенные с магнитопроводом СТ в одно целое, но сделаны так, что их индуктивность, а значит, реактивное сопротивление регулируется в основном перемещением частей магнитопровода.
Заодно дроссель улучшает процесс горения дуги. Из-за конструктивной сложности дроссели во вторичной цепи самодельных СТ не применяют.
Регулировка тока во вторичной цепи СТ связана с определенными проблемами. Так, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости. Кроме того, для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200 А. Другое дело цепь первичной обмотки, где токи в пять раз меньше, переключатели для которых являются ширпотребом. Последовательно с первичной обмоткой можно включать активные и реактивные сопротивления. Только в этом случае сопротивления резисторов и индуктивности дросселей должны быть значительно большими, чем в цепи вторичной обмотки.
Так, батарея из нескольких параллельно соединенных резисторов ПЭВ-50...100 суммарным сопротивлением 6-8 Ом способна понизить выходной ток 100 А вдвое. Можно собрать несколько батарей и установить переключатель. Если же нет в распоряжении мощного переключателя, то можно обойтись несколькими.
Установив резисторы по схеме (рис.16), можно добиться комбинации 0; 4; 6; 10 Ом. Вместо резисторов, которые при работе будут сильно нагреваться, можно установить реактивное сопротивление дроссель.
Дроссель можно намотать на каркасе от трансформатора 200-300 Вт, например от телевизора, сделав отводы через каждые 40-60 витков, подключенные к переключателю (рис.17). Погасить мощность можно, включив в качестве дросселя вторичную обмотку какого-нибудь трансформатора (200-300 Вт) с вторичной обмоткой, рассчитанной примерно на 40 В. Дроссель можно изготовить и на незамкнутом - прямом сердечнике.
Это удобно, когда уже есть готовая катушка с 200-400 витками подходящего провода. Тогда внутрь нее надо набить пакет прямых пластин из трансформаторного железа. Необходимое реактивное сопротивление подбирается в зависимости от толщины пакета, ориентируясь по сварочному току СТ.
Например: дроссель, изготовленный из катушки, содержащей предположительно около 400 витков провода диаметром 1,4 мм, набит пакетом железа с общим сечением 4,5 см2, длиной, равной длине катушки, 14 см. Это позволило уменьшить ток СТ до 120 А, т.е. примерно в 2 раза. Дроссель такого типа можно сделать и с плавно регулируемым реактивным сопротивлением. Надо изготовить конструкцию для регулировки глубины ввода стержня сердечника в полость катушки (рис.18, где 1 - сердечник; 2 - фиксатор; 3 - катушка). Катушка без сердечника обладает ничтожным сопротивлением, при полностью введенном стержне ее сопротивление максимально. Дроссель, намотанный подходящим проводом, мало греется, но у него сильно вибрирует сердечник. Это надо учитывать при стяжке и фиксации набора пластин железа.
Надо отметить, что для трансформаторов с небольшими токами х.х. (0,1...0,2 А) вышеописанные сопротивления в цепи первичной обмотки практически не влияют на выходное напряжение х.х. СТ, и это не сказывается на процессе зажигания дуги. У СТ с током х.х. 1-2 А при внесении в первичную цепь балластного сопротивления выходное напряжение уменьшается уже ощутимо. По своему опыту могу сказать, что каких-либо выраженных отрицательных явлений на зажигание и горение дуги добавленные последовательно первичной обмотке активные и реактивные сопротивления не оказывают.
Хотя качество дуги все же ухудшается, по сравнению с включением гасящего резистора в цепь вторичной обмотки.
В СТ можно также комбинировать регуляторы или ограничители тока разных типов. Например, можно использовать переключение витков первичной обмотки в комбинации с подключением добавочного резистора или по-другому.
Надежность сварочного трансформатора
Надежность сварочного аппарата зависит как от конструктивных факторов, так и от режима и условий эксплуатации. Надежные, тщательно изготовленные трансформаторы работают многие годы, без проблем выдерживая непродолжительные перегрузки и изъяны в эксплуатации. Легкие переносные конструкции, с проводами в лаке, да еще развивающие непомерную для себя мощность, как правило, долго не живут. Они постепенно изнашиваются так же, как, например, со временем изнашивается одежда или обувь. Хотя, учитывая значительные объемы выполненных работ и невысокие затраты на их изготовление, это вполне оправдывает их существование.
Злейшими врагами СТ являются перегрев и проникновение влаги. Самым действенным средством против перегрева являются надежные обмоточные провода с плотностью тока не более 5-7 А/мм2. Что бы провод быстро охлаждался, он должен иметь хороший контакт с воздухом. Для этого в обмотках делают щели (рис.19).
Сначала наматывают первый слой и с внешних сторон вставляют деревянные или гетинаксовые планки толщиной 5-10 мм, потом планки вставляют через каждые два слоя провода: так каждый слой имеет контакт с воздухом с одной стороны. Если СТ устанавливают без обдува, то щели должны ориентироваться вертикально. Тогда через них постоянно будет циркулировать воздух: теплый поднимается вверх, а снизу засасывается холодный. Еще лучше, если СТ постоянно обдувается вентилятором. Вообще-то принудительный обдув мало влияет на скорость нагрева трансформатора, зато заметно ускоряет его охлаждение.
Быстрее всего нагреваются и хуже всего охлаждаются тороидальные трансформаторы. У сильно греющегося СТ даже мощный обдув не решит этой проблемы, и здесь придется удерживать температуру обмоток умеренным режимом работы. Также на охлаждаемость трансформатора влияет количество витков обмоток: чем меньше витков, тем она выше.
Кроме объективных и вполне понятных причин выхода сварочных трансформаторов из строя, в основном связанных с несовершенством конструкции, я на основании своего опыта хочу отметить еще один, вроде бы неявный, но тем не менее весьма распространенный способ: как угробить СТ.
Причиной в этом случае, как ни странно, является падение напряжения в электросети... СТ перестает нормально сваривать, если сетевое напряжение сильно падает или же линия электропередачи имеет значительное собственное сопротивление порядка нескольких ом. К сожалению, и первое, и второе распространено у нас повсеместно.
Если при упавшем напряжении можно хоть точно выяснить причину, взяв вольтметр и измерив напряжение, то во втором случае дело обстоит сложнее: высокоомный вольтметр не чувствует сопротивления линии в несколько ом и показывает нормальное напряжение, зато эти несколько ом могут запросто наполовину погасить мощность СТ, собственное сопротивление которого в дуговом режиме незначительно. Но при чем же здесь падение мощности к "сгоранию" СТ? А дело вот в чем. Когда владелец "сварки", порядком намучившись с неработающим от сети 220 В аппаратом, понимает, что ничего изменить он не в силах, а работать ой как надо: пропадает заработок или идет строительство, стынет раствор,... то в таких случаях очень часто аппарат включают в сеть на 380 В.
Дело в том, что вся разводка обычно делается от трехфазной линии: "нуль" и три "фазы". Если подключить к "нулю" и одной "фазе" - фазное напряжение, то это и есть привычные 220 В. Если же подключиться к "фазе" и "фазе" - линейное напряжение, то с двух проводов будет сниматься 380 В. А именно так делают нерадивые сварщики с однофазными аппаратами, рассчитанными на 220 В.
При этом СТ начинает отлично работать, правда, очень часто весьма недолго. "Палят" так как слабые самодельные конструкции, так и надежные промышленные аппараты. А все ведь очень просто: если напряжение в общей электросети падает, например, на 50 В, и от 170 В аппарат не хочет работать, то между "фазами" при этом тем не менее остается 330 В, что убийственно для любого СТ...
Часто владельцы сварочных аппаратов просто ленятся лишний раз переносить свои "сварки": ведь масса немалая, и те остаются на улице, мокнут под дождем, их засыпает снегом... После такого отношения межвитковое замыкание дело вполне обычное, обмотки СТ "сгорают", и вся конструкция выходит со строя.
Но все же основным врагом СТ является перегрев. Ну а если предстоит сваривать много и быстро, а СТ намотан не ахти какими проводами и катастрофически быстро греется,... можно предложить одно кардинальное средство борьбы с перегревом.
Перегрева можно не бояться, если весь трансформатор полностью погрузить в трансформаторное масло. Обладая значительной теплопроводностью, масло не только отводит тепло из обмоток, но и является дополнительным изолятором. В простейшем виде это ведро с маслом с утопленным в нем СТ, откуда выходят только четыре провода, такое "чудо" иногда можно увидеть на дворах в сельской местности. Немного трансформаторного масла можно слить, например, из старых холодильных агрегатов. Хотя в народе говорят, что в случае крайней необходимости подойдут и другие типы, вплоть до подсолнечного... Насчет подсолнечного не знаю, сам не проверял.
Другим важным элементом конструкции СТ является внешний корпус. При установке СТ в корпус особое внимание надо уделять его материалу и возможности протока воздуха для охлаждения, при этом верх должен быть закрыт, предохраняя трансформатор от дождя. Корпусы или хотя бы некоторые их части лучше делать из не магнитных материалов (латунь, дюраль, гетинакс, пластмассы). СТ создает мощное магнитное поле, что притягивает к нему стальные элементы. Если корпус сделан из жести или напротив оси первичной обмотки привинчены стальные панели, то при работе вся эта конструкция будет втягиваться внутрь и вибрировать. Звук при этом иногда бывает такой, что его можно сравнить разве что с работой пилы мощной "циркулярки". Поэтому устанавливать СТ можно либо в цельновыгнутый жесткий стальной корпус, который не так поддается вибрациям, или делать панели напротив хотя бы первичной обмотки из немагнитных материалов.
В корпус можно установить вентилятор или сделать его герметичным и залить трансформаторным маслом.
И наконец, последняя рекомендация. Если вы все же изготовили СТ, но являетесь новичком в сварочном деле, то для его испытаний лучше пригласить специалиста. Сварка - дело весьма непростое, и у человека без опыта вряд ли что-то получиться сразу. Обязательно приобретите или изготовьте маску с номером стекла С-4 или Э2. Электрическая дуга издает мощное ультрафиолетовое излучение, которое отрицательно влияет на кожу и в первую очередь на глаза. При поражении глаз в поле зрения появляется желтое пятнышко, которое потом постепенно исчезает, говорят "словить зайчик".
Если вы успеете "словить" подряд сразу два таких "зайчика", то немедленно прекращайте все эксперименты с электрической дугой. При появлении перед глазами нескольких "зайчиков", они, как правило, потом исчезают, и человек успокаивается, однако позже, через несколько часов, это явление чревато такими последствиями, которые на себе лучше не испытывать.
Сварочный аппарат нельзя назвать инструментом первой необходимости дома, как например отвертку или молоток. Однако бывают ситуации, когда сварочный аппарат бывает действительно необходимым. В данном материале мы рассмотрим способ сборки простого сварочного аппарата в домашних условиях.
Предлагаем в первую очередь просмотреть видеоролик по изготовлению сварочного аппарата
Итак, нам понадобится:
- емкость для воды;
- соль;
- вода;
- две металлические пластины;
- провод с вилкой;
- два провода;
- сварочный электрод.
По утверждению автора самоделки , процесс создания отнимает всего 15 минут, так что давайте не терять время зря и перейти к изготовлению самодельного сварочного аппарата. Первым делом нам необходимо взять одну металлическую пластину и прикрутить к ней один из двух проводов.
Повторяем процесс со второй пластинкой и вторым проводом.
Следующим делом засыпаем в воду две столовых ложки соли и хорошенько размешиваем все.
В получившуюся смесь погружаем две пластинки и проводами, накрученными на них.
В целях безопасности металлические пластинки советуется закрепить прищепками.
Пластины фактически позволяют регулировать ток сварки. Как именно это работает? Чем глубже мы погружаем пластинки, тем больше получаем ток.
Один провод, идущий от одной из пластинок, мы должны подключить к фазу, а второй провод – к сварочному электроду.
Также берем нулевой провод и подсоединяем к предмету, который нам необходимо варить.
Возникает вполне логический вопрос – как можно определить, где фаза и где ноль, если по каким-то причинам дома нет специальных аппаратов по измерению. Есть старый верный способ: нужно всего лишь прикоснуться проводом до земли. Тот провод, который будет искрить при касании с землей, то и является фазовый.
