» Строительство »

Зварювальний апарат з вольтодобавки і плавним регулюванням струму

  1. Рекомендуємо до даного матеріалу ...

Р / л технологія

Головна Головна   радіоаматорові   Р / л технологія радіоаматорові Р / л технологія


До уваги читачів пропонується опис простого у виготовленні і надійного в роботі зварювального апарату. Він дозволяє виконувати зварювання як постійним, так і змінним струмом, причому в обох випадках можлива його не тільки ступінчаста, але і плавне регулювання. Щоб полегшити запалювання дуги, передбачена вольтодобавки.

Сьогодні у продажу є величезна кількість різноманітних зварювальних апаратів. Портативні зварювальні апарати (так звані інвертори) працюють тільки на постійному струмі. Їх дешеві моделі, призначені для непрофесійного застосування, порівняно невеликої потужності і недостатньо надійні. Зварювальні апарати на низькочастотних трансформаторах великої потужності випускають в основному для промислового використання. Вони мають, як правило, більшу потужність, значні масу і габарити і порівняно дороги. Крім того, вони допускають можливість тривалої безперервної роботи. Зварювальний струм в таких апаратах регулюється плавно або східчасто шляхом зміни індуктивності додаткового дроселя або індуктивності розсіювання самого зварювального трансформатора. Велика маса і висока ціна роблять покупку такого апарату для особистого (не професійні) застосування недоцільною.

Бувають у продажу і дешеві малопотужні зварювальні апарати на низькочастотних трансформаторах. Але в формуванні потрібної навантажувальної характеристики в них бере участь активний опір обмоток. Тому такі зварювальні апарати сильно нагріваються при роботі.

Багато хто робить зварювальні трансформатори самостійно. Для цього необхідні лише відповідні муздрамтеатр та обмотувальний дріт. Але для виконання високоякісної зварки саморобний апарат повинен забезпечувати можливість вибору роду струму (постійний чи змінний) і регулювання зварювального струму. Крім того, для полегшення запалювання дуги при низькій напрузі бажано мати в апараті вольтодобавку.

Нижче наводиться опис простого і надійного в роботі зварювального апарату з трансформатором на основі статора асинхронного трифазного електродвигуна і забезпечує виконання перерахованих вище вимог. Він має ряд істотних особливостей, які значно покращують його характеристики і зменшують трудомісткість виготовлення в порівнянні з раніше описаними в радіоаматорського літературі і в Інтернеті.

Схема апарату приведена на рис. 1. Напруга через ступінчастий реостат, що складається з дротяних резисторів R1-R4 і перемикача SA1, надходить на обмотку I зварювального трансформатора T2. Вузол, що складається з трансформатора струму T1, випрямляча на діодах VD1, VD2 і вимірювальної головки PA1, вимірює струм, споживаний від мережі. Напруга з обмотки II трансформатора T2 через перемикач SA2 і двонапівперіодний випрямляч на діодах vD5, VD7 і тріністо-рах VS1, VS2 подається в зварювальну ланцюг.

Напруга з обмотки II трансформатора T2 через перемикач SA2 і двонапівперіодний випрямляч на діодах vD5, VD7 і тріністо-рах VS1, VS2 подається в зварювальну ланцюг

Мал. 1

Випрямляч суміщений з регулятором зварювального струму. При крайньому правому по схемі положенні движків змінних резисторів R5 і R6 тріністори VS1 і VS2 відкриваються при незначно відрізняється від нуля миттєвому значенні напрузі на обмотці II трансформатора T2. У цьому випадку кут відсічення струму близький до 180 град. і зварювальний струм максимальний. При переміщенні движків цих резисторів вліво напруга відкривання тринисторов VS1 і VS2 збільшується, а кут відсічення струму зменшується до 90 град. В результаті зварювальний струм зменшується приблизно в два рази в порівнянні з максимальним. При подальшому збільшенні опору регулюють резисторів тріністори випрямляча відкриватися перестають, тому вихідна напруга і струм стають рівними нулю.

Транзистор VT1 служить підсилювачем керуючого струму. Його можна виключити зі схеми, але тоді опір резисторів R5 і R6 доведеться зменшити приблизно в 30 разів. При цьому на резисторах R5 і R6 в деяких режимах стане розсіюватися потужність в кілька ват. Знайти змінні резистори з досить великою допустимою потужністю розсіювання важко, тому в регуляторі було вирішено застосувати високоомні резистори з транзисторним підсилювачем струму. Два змінних резистора, з'єднаних послідовно, дозволили забезпечити плавне регулювання струму в великому інтервалі його зміни.

У деяких зварювальних апаратах застосовують тріністорние регулятори струму, що забезпечують плавну зміну кута відсічення в інтервалі від 0 до 180 град., Чому відповідає зміна струму від нуля до максимуму. Тріністорамі в таких регуляторах управляють, як правило, за допомогою коротких імпульсів. Але ці регулятори складніше і недостатньо стабільно працюють на навантаження з малим диференціальним опором (зварювальну дугу або заряджати акумуляторну батарею). Нестабільність проявляється в тому, що при незмінному положенні ручки регулятора вихідний струм хаотично змінюється відносно заданого середнього значення. Регулятори, в яких тріністорамі керують постійним струмом, в цих умовах працюють більш стабільно. Крім того, регулятор зварювального струму повинен регулювати зварювальний струм, але не амплітуду вихідної напруги зварювального апарату. А при зміні кута відсічення від 90 до 0 град. амплітуда імпульсів напруги на виході випрямляча зменшується, що небажано, так як погіршуються умови запалювання дуги.

Щоб розширити межі регулювання струму, не ускладнюючи тріністорний регулятор, в апараті передбачений потужний ступінчастий реостат на резисторах R1-R4. Такі реостати нерідко включають в ланцюг вторинної обмотки зварювального трансформатора. Але включення його послідовно з первинної обмоткою дає кілька переваг. Зокрема, трансформатор в цьому випадку працює при меншій напрузі, тому менше нагрівається. Крім того, в цьому випадку простіше підібрати високоомний провід для виготовлення резисторів реостата, а в якості перемикача SA1 можна використовувати типовий пакетний перемикач на струм до 30 А.

Ланцюг вольтодобавки є однополуперіодний випрямляч на діод VD3, послідовно з яким в якості обмежувача струму включена лампа розжарювання EL1. У режимі холостого ходу (коли зварювальний дуга не горить) конденсатор C1 заряджається через діод VD3 до напруги близько 76 В при будь-якому положенні перемикача SA2. Оскільки опір холодної нитки розжарювання лампи мінімально, конденсатор C1 заряджається швидко. Після запалювання дуги напруга на конденсаторі C1 стає менше. В цьому режимі струм, що протікає через діод VD3, обмежений опором лампи EL1, яке росте в міру розігріву нитки, тому струм залишається в допустимих для діода межах і лише незначно збільшує зварювальний струм.

Вольтодобавки - дуже корисний пристрій. При її відсутності і низькій напрузі холостого ходу на виході зварювального апарату дуга запалюється насилу, що знижує продуктивність праці зварника і сильно його стомлює. Підвищення напруги холостого ходу без застосування вольтодо-надбавки різко зменшує ККД зварювального апарату і збільшує навантаження на електричну мережу. Але в багатьох випадках вузли вольтодобавки занадто складні, а в деяких випадках недостатньо ефективні. Наприклад, в [1] цей вузол виконаний так, що при горінні дуги через ланцюг вольтодобавки може протікати досить великий струм, обмежений тільки активним опором дроселя. Щоб зберегти цей струм в допустимих межах, напруга вольтодобавки вибрано невеликим (10 ... 12 В), що знижує її ефективність. Бажано, щоб вольтодобавки підвищувала напругу холостого ходу до 80 ... 90 В.

Крім того, в пристрої, описаному в [1], вихідний струм в момент запалювання дуги обмежений індуктивним опором дроселя, що додатково ускладнює її утворення. Практика показує, що дуга найкраще запалюється в разі, коли на виході зварювального випрямляча встановлений конденсатор. Трохи гірше результат буває, коли у випрямляча немає взагалі ніякого фільтра, що згладжує. Але найважче дуга запалюється, якщо згладжує фільтр складається тільки з дроселя або закінчується дроселем.

Ємність конденсатора C1 повинна бути такою, щоб забезпечити швидкий перехід іскрового розряду в малопотужну дугу. Практика показує, що для цього достатньо його ємності в 3000 мкФ. Згладити змінну складову зварювального струму такої конденсатор не може, та й потреби в цьому немає. При горінні зварювальної дуги напруга на конденсаторі C1 пульсує від нуля до амплітудного значення. Тому конденсатор C1 повинен витримувати пульсацію напруги з такою амплітудою. При цьому потрібно мати на увазі, що допустима амплітуда пульсацій напруги на оксидних конденсаторах зазвичай не перевищує 10 ... 20% їх номінальної робочої напруги.

Питання про те, який згладжує фільтр краще використовувати у випрямлячі зварювального апарату, є дискусійним. Багато авторів статей, опублікованих в журналах і особливо в Інтернеті, вважають, що в фільтрі випрямляча зварювального апарату краще застосовувати дросель. Наприклад, існує думка, що його наявність запобігає прилипання електрода до зварюваної деталі. Але причина прилипання полягає зазвичай в недостатній потужності джерела зварювального струму (або в невмінні виконувати зварювання). При цьому малопотужна дуга трохи розплавляє електрод і деталь, а для того щоб створити потужну дугу, у джерела не вистачає потужності. В результаті при випадковому торканні електродом деталі, що зварюється розплавлений метал електрода при зіткненні з більш холодної деталлю кристалізується і електрод приварюється до деталі.

Дросель не може і полегшити запалювання дуги, тому що в режимі холостого ходу він не запасає в собі енергії. У момент торкання електродом деталі струм починає наростати від нуля, дросель починає запасати енергію. В цей час енергія джерела йде не на створення дугового розряду, а накопичується в магнітному полі дроселя.

В описах зварювальних апаратів, трансформатори яких виготовлені на базі асинхронних електродвигунів, зазвичай рекомендують видаляти бандажні смуги, розташовані на зовнішній стороні пакета статорних пластин, і виступи на внутрішній стороні цих пластин. При цьому готовий трансформатор кріплять в корпусі зварювального апарату подібно малопотужним трансформаторів з тороїдальними магнитопроводами. Але зварювальний трансформатор має велику масу, а при роботі може сильно нагріватися. Вага трансформатора при такому кріпленні тисне на ізоляцію проводів обмотки, що може привести до її пошкодження і межвитковое замикання. Ця проблема особливо сильно проявляється при недостатньо термостійкої ізоляції проводів.

Видалення бандажних смуг і виступів статорних пластин - дуже трудомістка і не тільки марна, але навіть шкідлива операція. Однак вважається, що бандажні смуги слід видалити, щоб вони не замикали між собою статорні пластини. Видалення виступів взагалі ніяк не обгрунтовують. Може бути, це роблять, щоб збільшити площу вікна муздрамтеатру або трохи зменшити витрату дроти.

Але справа в тому, що розмір вікна муздрамтеатру, як правило, цілком достатній, а економія дроти виходить дуже невеликий. Видаляють виступи пластин і бандаж зазвичай за допомогою зубила і молотка. Після такого видалення між пластинами утворюється безліч точок електричного контакту, які можуть створити в муздрамтеатрі шляху для вихрових струмів.

Магнітний потік в кільцевої частини муздрамтеатру електродвигуна і трансформатора тече паралельно бандажним смугах, не перетинаючи їх, і не може створити в них вихрові струми. Різниця тільки в тому, що в статорі двигуна потік розділяється на дві половини, поточні в діаметрально протилежних ділянках кільцевого муздрамтеатру в одну сторону, а в трансформаторі по кільцю тече єдиний потік. Тому ефективне перетин одного і того ж муздрамтеатру в трансформаторі виходить приблизно в два рази менше, ніж в двигуні, а середня довжина силової лінії - більше. В результаті необхідне число витків обмотки трансформатора більше, ніж обмотки двигуна на той же напруга. Визначати його краще експериментальним шляхом.

Конструкція муздрамтеатру трансформатора пропонованого зварювального апарату зображена на рис. 2. Бандажні смуги і виступи статорних пластин залишені на місці. Для того щоб витки обмоток НЕ провалювалися між виступами статорних пластин, до торців їх пакета 5 кріплять дві кільцеві пластини 3. Між виступами статорних пластин розташовані чотири шпильки 4, ізольовані від статорних пластин (використовуються прокладки, які застосовувалися в електродвигуні для ізоляції обмоток). Шпильки угвинчені в стійки 2 з внутрішнім різьбленням, закріплені на дерев'яній основі 1. Тому навантаження від ваги трансформатора передається на підставу 1 тільки через стійки 2, а не через ізоляцію проводів. Це дозволяє підвищити максимально допустиму робочу температуру трансформатора без ризику деформації ізоляції проводів і замикань.

Мал. 2

У верхній частині муздрамтеатру на двох з чотирьох стягають пакет шпильках 4 закріплені кронштейни 6 з ручкою 7-магнітною (наприклад, алюмінію). Бажано з такого ж матеріалу виготовити і кронштейни 6, і стійки 2, але великої необхідності в цьому немає. Щоб залишити більше місця для розміщення обмотки, можна використовувати тільки три шпильки, розташувавши їх (у вигляді зверху) в вершинах рівностороннього трикутника, але тоді доведеться змінити конструкцію ручки.

Як власне муздрамтеатру застосований статор асинхронного двигуна потужністю 7,5 кВт. Обмотка I складається з 305 витків алюмінієвого проводу перетином 4 мм2 в тугоплавкой пластмасової ізоляції. Обмотка II намотана двома складеними разом алюмінієвими проводами АПВ-10 перетином 10 мм 2 кожен. Вона містить 77 витків. Відводи зроблені від 48, 58 і 69-го витків.

Для визначення необхідного числа витків на муздрамтеатр була намотана пробна обмотка і виміряна її індуктивність. Потім було розраховано число витків обмотки I для отримання індуктивного опору 220 Ом на частоті 50 Гц. В результаті струм холостого ходу трансформатора вийшов близько 1 А. Потім, виходячи з необхідного коефіцієнта трансформації, було обчислено число витків обмотки II.

Трансформатор струму T1 виконаний на муздрамтеатрі від вихідного трансформатора кадрової розгортки ТВК-110. Його первинна обмотка - один виток монтажного проводу перетином 2,5 мм 2. Вторинна обмотка містить 100 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,5 мм.

Якщо в якості вимірювальної головки PA1 використовувати стрілочний авометр на межі вимірювання 0,5 А, то його стрілка буде повністю відхилятися при струмі 100 А через обмотку I. Такий запас по струму повного відхилення необхідний внаслідок того, що в процесі зварювання вимірюваний струм безперервно і різко змінюється. В результаті стрілка приладу з малим струмом повного відхилення часто б'ється об упори, що призводить до швидкого виходу вимірювального механізму з ладу.

Вузол вимірювання струму можна без проблем перенести в ланцюг обмотки II трансформатора T2. Але великої необхідності в цьому немає. Коефіцієнт трансформації відомий, і знаючи струм в обмотці I, значення зварювального струму завжди можна обчислити.

Резистори R1-R4 реостата виготовлені з трьох складених разом ніхром-мових проводів від електронагрівальної спіралі потужністю 2 кВт. Ці резистори при роботі зварювального апарату можуть сильно нагріватися, тому вони встановлені на термостійкому підставі з вогнетривкого полегшеного цегли з отворами, через які і пропущені ніхромові дроти. Щоб зробити реостат більш компактним, можна розпиляти цегла на дві частини і використовувати тільки одну половину.

Замість реостата можна застосувати дросель з декількома відводами від обмотки. Але маса і габарити дроселя виходять значно більшими, ніж у реостата, виготовленого з цегли і ніхромового проводу. Доцільність регулювання зварювального струму дроселем залежить від кількох обставин. Наприклад, при виконанні великого обсягу зварювальних робіт дросель дозволить зменшити витрату електроенергії і, отже, її вартість, так як розсіюється їм активна потужність незначна.

Якщо необхідно виконувати зварювання змінним струмом, то зварювальну ланцюг слід включити в розрив проводу в точці A (див. Рис. 1). При цьому висновки конденсатора C1 повинні бути замкнуті перемичкою, здатної без помітного нагрівання витримати зварювальний струм. В цьому випадку регулятор струму працює як зазвичай, але вольтодобавки відсутня.

Перед Виконання зварювальних робіт робочий режим зварювального апарату рекомендується встановлюваті в Наступний порядку. Спочатку в залежності від необхідної потужності зварювальної дуги перемикач SA2 Встановити необхідне віхідна напряжение, а движки змінніх резісторів R5 и R6 перевести в праві (за схемою) становище. Потім слід поставити в потрібне положення перемикач SA1 і, не включаючи апарат, з'єднати перемичкою висновки конденсатора C1. Включивши апарат в мережу, за допомогою змінних резисторів R5 і R6 встановити струм короткого замикання на 30 ... 50% більше ніж необхідно зварювального струму.

Режим короткого замикання повинен бути короткочасним, не більше 2 ... 3 с, після чого слід відключити апарат від мережі і видалити перемичку з висновків конденсатора C1. Тепер можна знову включати апарат і приступати до виконання зварювання. Надалі змінними резисторами R5 і R6 при необхідності можна відрегулювати струм. Типові режими зварювання різних деталей наводяться в спеціальній літературі.

Застосований в описаному зварювальному апараті тріністорний регулятор по стабільності вихідного струму аналогічний описаному, наприклад, в [2], але за схемою помітно простіше. Це пов'язано з тим, що в ньому відсутня додатковий випрямляч для живлення ланцюга керуючого електрода тріністора. Але його можна ввести, побудувавши зварювальний апарат за схемою, зображеної на рис. 3. Додаткова обмотка III трансформатора T2 повинна містити 10 витків монтажного проводу перетином 1,5 мм 2 (для механічної міцності). При цьому випрямлена напруга на резисторі R5, згладжені конденсатором C1, буде близько 10 В. Струм керуючих електродів тринисторов стане не пульсуючим, а постійним, залежним від положення движка змінного резистора R5.

Мал. 3

література

1. Степанов Л. "вольтодобавки" в зварювальному апараті. - Радіо, 2004, № 6, с. 40.

2. Жеребцов І. П. Основи електроніки. - Л .: Вища школа, 1985.

Автор: А. Сергєєв, м Сасово Рязанської обл.


Дата публікації: 12.11.2014

Рекомендуємо до даного матеріалу ...


думки читачів
  • vs-63 /
    струм у вторинній обмотці зварювального трансформатора не буде дорівнює добутку струму в первинної ланцюга на коефіцієнт трансформації як стверджує автор, так як зварювальний ланцюг нелінійна і трансформатор, хоч і виконаний на торі, тим не менш не має жорстку характеристику.

Ви можете Залишити свой коментар, думка або питання по наведенню вішематеріалу:


Современные строительные технологии Геология, города и строительство © Все права сохранены.