1.1. Общие сведения.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Номинальный сварочный ток должен составлять:

I св =KK 1 *d э
, где

I св
– величина сварочного тока, А;

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

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

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

Рис.2
Падающая внешняя характеристика сварочного аппарата:

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

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

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

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

1. 2. Выбор типа сердечника.

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

Рис.3
Магнитопровод стержневого типа:

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

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

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

Рис. 4
Магнитопровод тороидального
типа:

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

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

1. 3. Выбор провода обмоток.

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

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

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

Число витков первичной обмотки W1 определяется из формулы:

W 1 =(k 2 *S)/U 1
, где

k
2
– постоянный коэффициент;

S
– площадь сечения ярма в см 2

Можно упростить расчет применив для расчета специальную программу
Сварочный калькулятор

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

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

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

1.4. Особенности намотки обмоток.

Существуют следующие правила намотки обмоток сварочного аппарата:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Способы намотки обмоток сварочного аппарата на
тороидальном сердечнике.

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

1.5. Настройка сварочного аппарата.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2. Переносной
сварочный аппарат на основе “Латра”.

2.1. Особенность конструкции.

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

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

2.2. Доработки «Латра».

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

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

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

Рис. 10
Намотка обмоток сварочного аппарата:

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

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

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

Рис. 11
Принципиальная электрическая схема сварочного
аппарата.

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

Рис. 12
Варианты кожуха сварочного аппарата на основе
“ЛАТРА”.

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

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

3. Сварочный
аппарат из трехфазного трансформатора.

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

Рис. 13
Общий вид
сварочного аппарата и его сердечник.

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

3.1. Детали.

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

Рис. 14
Конструкция клеммы вторичной обмотки сварочного
аппарата.

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

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

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

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

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

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

4. Держатель электродов.

4.1. Держатель электродов из трубы d¾”.

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

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

Рис. 18
Чертеж корпуса держателя электродов из трубы
d¾”

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

4.2. Держатель электродов из стальных уголков.

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

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

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

5. Электронный регулятор тока для сварочного трансформатора.

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

Наиболее оптимальным является способ ступенчатой регулировки тока,
с помощью изменения количества витков, например, подключаясь к отводам, сделанным
при намотке вторичной обмотки трансформатора. Однако, этот способ не позволяет производить
регулировку тока в широких пределах, поэтому им обычно пользуются для подстройки
тока. Помимо прочего, регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора
связана с определенными проблемами. В этом случае, через регулирующее устройство
проходят значительные токи, что является причиной увеличения ее габаритов. Для вторичной
цепи практически не удается подобрать мощные стандартные переключатели, которые
бы выдерживали ток величиной до 260 А.

Если сравнить токи в первичной и вторичной обмотках, то оказывается,
что в цепи первичной обмотки сила тока в пять раз меньше, чем во вторичной обмотке.
Это наталкивает на мысль поместить регулятор сварочного тока в первичную обмотку
трансформатора, применив для этой цели тиристоры. На рис. 20 приведена схема регулятора
сварочного тока на тиристорах. При предельной простоте и доступности элементной
базы этот регулятор прост в управлении и не требует настройки.

Регулирование мощности происходит
при периодическом отключении на фиксированный промежуток времени первичной обмотки
сварочного трансформатора на каждом полупериоде тока. Среднее значение тока при
этом уменьшается. Основные элементы регулятора (тиристоры) включены встречно и параллельно
друг другу. Они поочередно открываются импульсами тока, формируемыми транзисторами
VT1, VT2.

При включении регулятора в сеть оба тиристора закрыты, конденсаторы
С1 и С2 начинают заряжаться через переменный резистор R7. Как только напряжение
на одном из конденсаторов достигает напряжения лавинного пробоя транзистора, последний
открывается, и через него течет ток разряда соединенного с ним конденсатора. Вслед
за транзистором открывается и соответствующий тиристор, который подключает нагрузку
к сети.

Изменением сопротивления резистора R7 можно регулировать момент включения
тиристоров от начала до конца полупериода, что в свою очередь приводит к изменению
общего тока в первичной обмотке сварочного трансформатора Т1. Для увеличения или
уменьшения диапазона регулировки можно изменить сопротивление переменного резистора
R7 в большую или меньшую сторону соответственно.

Транзисторы VT1, VT2, работающие в лавинном режиме, и резисторы R5, R6, включенные
в их базовые цепи, можно заменить динисторами (рис. 21)

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

аноды динисторов следует соединить с крайними выводами резистора
R7, а катоды подключить к резисторам R3 и
R4. Если регулятор собрать на динисторах, то лучше использовать
приборы типа КН102А.

В качестве VT1, VT2 хорошо зарекомендовали себя
транзисторы старого образца типа П416, ГТ308, однако эти транзисторы, при желании,
можно заменить современными маломощными высокочастотными транзисторами, имеющими
близкие параметры. Переменный резистор типа СП-2, а постоянные резисторы типа МЛТ.
Конденсаторы типа МБМ или К73-17 на рабочее напряжение не менее 400 В.

Все детали устройства с помощью навесного монтажа собираются на текстолитовой пластине
толщиной 1…1,5 мм. Устройство имеет гальваническую связь с сетью, поэтому все
элементы, включая теплоотводы тиристоров, должны быть изолированы от корпуса.

Правильно собранный регулятор сварочного тока особой наладки не требует, необходимо
только убедиться в стабильной работе транзисторов в лавинном режиме или, при использовании
динисторов, в стабильном их включении.

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

Также по этой теме можно посмотреть:

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

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

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

Всего хорошего, пишите to © 2005

Внешняя характеристика источников питания сварочной дуги

Внешняя характеристика источников питания (сварочного трансформатора, выпрямителя и генератора) – это зависимость напряжения на выходных зажимах от величины тока нагрузки. Зависимость между напряжением и током дуги в установившемся (статическом) режиме называется вольт-амперной характеристикой дуги.

Внешние характеристики сварочных генераторов, показанные на рис. 1 (кривые 1 и 2), являются падающими. Длина дуги связана с ее напряжением: чем длиннее сварочная дуга, тем выше напряжение. При одинаковом падении напряжения (изменении длины дуги) изменение сварочного тока неодинаково при неодинаковых внешних характеристиках источника. Чем круче характеристика, тем меньше влияет длина сварочной дуги на сварочный ток. При изменении напряжения на величину δ при крутопадающей характеристике изменение тока равно а1, при пологопадающей – а2.

Для обеспечения стабильного горения дуги необходимо, чтобы характеристика сварочной дуги пересекалась с характеристикой источника питания (рис. 2).

В момент зажигания дуги (рис. 2, а) напряжение падает по кривой от точки 1 до точки 2 – до пересечения с характеристикой генератора, т. е. до положения, когда электрод отводится от поверхности основного металла. При удлинении дуги до 3 – 5 мм напряжение возрастает по кривой 2-3 (в точке 3 осуществляется устойчивое горение дуги). Обычно ток короткого замыкания превышает рабочий ток, но не более чем в 1,5 раза. Время восстановления напряжения после короткого замыкания до напряжения дуги не должно превышать 0,05 с, этой величиной оцениваются динамические свойства источника.

На рис. 2,6 показаны падающие характеристики 1 и 2 источника питания при жесткой характеристике дуги 3, наиболее приемлемой при ручной дуговой сварке.

Напряжение холостого хода (без нагрузки в сварочной цепи) при падающих внешних характеристиках всегда больше рабочего напряжения дуги, что способствует значительному облегчению первоначального и повторного зажигания дуги. Напряжение холостого хода не должно превышать 75 В при номинальном рабочем напряжении 30 В (повышение напряжения облегчает зажигание дуги, но одновременно увеличивается опасность поражения сварщика током). Для постоянного тока напряжение зажигания должно быть не менее 30 – 35 В, а для переменного тока 50 – 55 В. Согласно ГОСТ 7012 -77Е для трансформаторов, рассчитанных на сварочный ток 2000 А, напряжение холостого хода не должно превышать 80 В.

Повышение напряжения холостого хода источника переменного тока приводит к снижению косинуса «фи». Иначе говоря, увеличение напряжения холостого хода снижает коэффициент полезного действия источника питания.

Источник питания для ручной дуговой сварки плавящимся электродом и автоматической сварки под флюсом должен иметь падающую внешнюю характеристику. Жесткая характеристика источников питания (рис. 1, кривая 3) необходима при выполнении сварки в защитных газах (аргоне, углекислом газе, гелии) и некоторыми видами порошковых проволок, например СП-2. Для сварки в защитных газах применяются также источники питания с пологовозрастающими внешними характеристиками (рис. 1, кривая 4).

Относительная продолжительность работы (ПР) и относительная продолжительность включения (ПВ) в прерывистом режиме характеризуют повторно-кратковременный режим работы источника питания.

Величина ПР определяется как отношение продолжительности рабочего периода источника питания к длительности полного цикла работы и выражается в процентах

где tp – непрерывная работа под нагрузкой; tц – длительность полного цикла. Условно принято, что в среднем tp = 3 мин, а tц = 5 мин, следовательно, оптимальная величина ПР % принята 60%.

Различие между ПР% и ПВ% состоит в том, что в первом случае источник питания во время паузы не отключается от сети и при разомкнутой сварочной цепи работает на холостом ходу, а во втором случае источник питания полностью отключается от сети.

СВАРОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

Сварочные трансформаторы по фазности электрического тока подразделяются на однофазные и трехфазные, а по количеству постов – на однопостовые и многопостовые. Однопостовой трансформатор служит для питания сварочным током одного рабочего места и имеет соответствующую внешнюю характеристику.

Многопостовой трансформатор служит для одновременного питания нескольких сварочных дуг (сварочных постов) и имеет жесткую характеристику. Для создания устойчивого горения сварочной дуги и обеспечения падающей внешней характеристики в сварочную цепь дуги включает дроссель. Для дуговой сварки сварочные трансформаторы подразделяются по конструктивным особенностям на две основные группы:

трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием, конструктивно выполненные в виде двух раздельных аппаратов (трансформатор и дроссель) или в едином общем корпусе;

трансформаторы с развитым магнитным рассеянием, конструктивно различающиеся по способу регулирования (с подвижными катушками, с магнитными шунтами, со ступенчатым регулированием).

ОБСЛУЖИВАНИЕ СВАРОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

При эксплуатации сварочных трансформаторов следует следить за надежностью контактов, не допускать перегрева обмоток, сердечника и его деталей. Необходимо раз в месяц смазывать регулировочный механизм и не допускать загрязнений рабочих частей трансформаторов.

Необходимо следить за надежностью заземления и оберегать трансформатор от механических повреждений.

При работе трансформатора нельзя допускать превышения величины сварочного тока против указанной в паспорте. Запрещается перетаскивание трансформатора или регулятора с помощью сварочных проводов.

Раз в месяц трансформатор необходимо обдуть (очистить) струей сухого сжатого воздуха и проверить состояние изоляции.

Попадание влаги на обмотки трансформатора резко снижает электрическое сопротивление, в результате чего возникает опасность пробоя изоляции. Если сварочные трансформаторы установлены на открытом воздухе, их необходимо укрывать от атмосферных осадков. В таких случаях следует делать навесы или специальные передвижные будки.

Технические характеристики сварочных трансформаторов

Параметры	Марка трансформаторов
	СТЭ- 24У	СТЭ- 34У	СТН- 350	СТН- 500	СТН- 500-1	ТСК- 300	ТСК- 500	ТС -300	ТС -500	ТСД- 500	ТСД- 1000-3	ТСД- 2000-2	СТШ- 500	СТШ -500-80	ТСП -1	ТД -500	ТД -502
Номинальный режим работы, ПР%	65	65	65	65	65	65	65	65	65	60	65	65	60	60	от 20	60	60
Напряжение холостого хода, В	65	60	70	60	60	63	60	63	60	80	69-78	77―85	60	80	65―70	60―75	59―73
Напряжение номинальное, В	30	30	30	30	30	30	30	30	30	45	42	53	30	50	30	30	40
Номинальная мощност, кВּА	23	30	25	32	32	20	32	20	32	42	76	180	32	–	12	32	26,6
Пределы регулирования сварочного тока, А	100-500	150-700	80-450	150-700	150-700	110-385	165-650	110-385	165-650	200-600	400-1200	800-2200	145-650	260-800	105,15	85-720
Напряжение сети, В	220,38	220,38	220,38	220,38	220,38	380	220,38	220,38	220,38	220,38	220,38	380	220,38	220,38	220,38	220 или 380	220,38
К. п. д., %	83	86	83	86	86	84	84	84	85	87	90	89	90	92	75	–	–
Коэффициент мощности (косинус «фи»)	0,5	0,53	0,5	0,54	0,52	0,73	0,65	0,51	0,53	0,62	0,62	0,64	0,53	0,62	–	0,53	0,8
Габаритные размеры трансформатора, мм: – длина – ширина – высота	690 370 660	690 370 600	695 398 700	772 410 865	775 410 1005	760 520 970	840 575 1060	760 520 975	840 575 1060	950 818 1215	950 818 1215	1050 900 1300	670 666 753		225 435 470		570 720 835
Масса, кг: – трансформатора – регулятора	130 62	160 100	220 –	250 –	275 –	215 –	280 –	185 –	250	445	540	670	220	323	35	210	230

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием

Трансформаторы с отдельным дросселем. Жесткая внешняя характеристика такого трансформатора получается за счет незначительного магнитного рассеяния и малого индуктивного сопротивления обмоток трансформатора. Падающие внешние характеристики создаются дросселем, имеющим большое индуктивное сопротивление.

Технические данные трансформаторов СТЭ-24У и СТЭ-34У
с дросселями приведены в таблице .

Трансформаторы типа СТН со встроенным дросселем
. По этой конструктивной схеме выполнены трансформаторы СТН-500 и СТН-500-1 для ручной дуговой сварки и транс­форматоры с дистанционным управлением ТС Д-500, ТС Д-2000-2, ТСД-1000-3 и ТСД-1000-4 для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом. Технические данные указанных трансформаторов приведены в таблице .

Схема конструкции трансформатора типа СТН системы академика В. П. Никитина и его внешние статические характеристики показаны на рис. 1. Магнитное рассеяние и индуктивное сопротивление обмоток (1 и 2) трансформатора невелики, внешняя характеристика жесткая. Падающая характеристика создается за счет реактивной обмотки 3, создаю­щей индуктивное сопротивление. Верхняя часть магнитопровода является одновременно и частью сердечника дросселя.

Величина сварочного тока регулируется перемещением подвижного пакета 4 (винтовым механизмом с помощью рукоятки 5). Напряжение холостого хода у этих трансформа­торов 60 -70 В, а номинальное рабочее напряжение Uном = 30 В. Несмотря на объединенный магнитопровод, трансформатор и дроссель работают независимо друг от друга. В электротехническом отношении трансформаторы типа СТН не отличаются от трансформаторов с отдельными дросселями типа СТЭ.

Для автоматической и полуавтоматической сварки применяют трансформаторы типа ТСД. Общий вид конструкции трансформатора ТСД-1000-3 и его электрическая схема показаны на рис. 2 и 3.

Трансформаторы типа ТСД
имеют повышенное напряжение холостого хода (78-85 В), необходимое для стабильного возбуждения и горения сварочной дуги при автоматической сварке под флюсом. Падающая внешняя характеристика трансформатора создается реактивной обмоткой.

Трансформатор типа ТСД имеет специальный электропривод для дистанционного регулирования сварочного тока» Для включения приводного синхронного трехфазного электродвигателя ДП с понижающим червячным редуктором служат два магнитных пускателя ПМБ и ПММ, управляемые кнопками. Перемещение подвижной части пакета магнитопровода ограничивается конечными выключателями ВКБ и ВКМ.

Трансформаторы снабжены фильтрами для подавления радиопомех. Кроме применения для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, трансформаторы ТСД-1000-3 и ТСД-2000-2 применяются в качестве источника питания для термической обработки сварных соединений из легированных и низколегированных сталей.

Рис. 1. (а) и его внешние характеристики (б):1 – первичная обмотка, 2 – вторичная обмотка, 3 – обмотка дросселя, 4 – подвижный пакет магнитопровода, 5 – рукоятка, 6 – магнитопровод.

Рис. 2. : 1 – вентилятор, 2 – трансформаторные обмотки, 3 – магнитопровод, 4 – реактивная обмотка, 5 – подвижныый пакет магниторповода, 6 – механизм перемещения подвижного пакета, 7 – станина, 8 – зажимные панели, 9 – ходовая часть.

Рис. 3. : Тр – понижающий трансформатор, КУБ, КУМ – кнопки дистанционного управления сварочным током – «Больше», «Меньше», ПМБ, ПММ – магнитные пускатели, ДП – двигатель провода механизма перемещения пакета магнитопровода, ВКБ, ВКМ – конечные выключатели, ДВ – двигатель вентилятора, Трс – трансформатор сварочный

Трансформаторы с развитым магнитным рассеянием

Трансформаторы типа ТС и ТСК представляют собой передвижные понижающие трансформаторы стержневого типа с повышенной индуктивностью рассеяния. Они предназначены для ручной дуговой сварки и наплавки, могут применяться для сварки под флюсом тонкими проволоками. В трансформаторах типа ТСК параллельно первичной обмотке подключен конденсатор для повышения коэффициента мощности.

Трансформаторы типа ТС, ТСК не имеют подвижных сердечников, склонных к вибрации, поэтому они работают почти бесшумно. Регулирование сварочного тока осуществляется изменением расстояния между подвижной I и неподвижной II катушками (рис. 1, в). При удалении подвижной катушки от неподвижной увеличиваются магнитные потоки рассеяния и индуктивное сопротивление обмоток. Каждому положению подвижной катушки соответствует своя внешняя характеристика. Чем дальше находятся друг от друга катушки, тем большее число магнитных силовых линии будет замыкаться через воздушные пространства, не захватывая второй обмотки, и тем круче будет внешняя характеристика. Напряжение холостого хода в трансформаторах этого типа при сдвинутых катушках на 1,5-2 В больше номинального значения (60 – 65 В)

Конструкция трансформатора ТС-500 и внешние вольт-амперные характеристики показаны на рисунках . Технические данные трансформаторов ТС и ТСК приведены в табл. 1 .

Для автоматической сварки нашли применение сварочные трансформаторы типа ТДФ-1001 и ТДФ-1601, предназначенные для питания дуги при сварке под флюсом однофазным переменным током частотой 50 Гц. Трансформаторы рассчитаны для работы в закрытых помещениях, с повышенной индуктивностью рассеяния. Они обеспечивают создание необходимых крутопадающих внешних характеристик и плавное регулирование сварочного тока в требуемых пределах, а также его частичную стабилизацию при колебаниях напряжения в сети в пределах от 5 до 10% от номинального значения. Технические данные трансформатора типа ТДФ приведены в табл. 2.

Технические характеристики трансформаторов СТШ-250 и ТСП-2

Параметры	ТДФ-1001	ТДФ-1601
Номинальный сварочный ток, А	1000	1600
Пределы регулирования сварочного тока, А: – на ступени «малых» токов – на ступени «больших» токов	400-700 700-1200	600-1100 1100-1800
Номинальное первичное напряжение, В	220 или 380	380
Частота, Гц	50	50
Первичный ток, А: – при исполнения на 220 В – при исполнении на 380 В	360 220	– 480
Вторичное напряжение холостого хода, В: – при минимальном сварочном токе – при максимальном сварочном токе	68 71	95 105
Условное номинальное рабочее напряжение, В	44	60
Вторичное напряжение в зависимости от величин сварочного тока (Iсв), В	Uн=20+0,04 Iсв	Uн=50+0,00625 Iсв
Отношение продолжительности рабочего периода к продолжительности цикла (ПВ), %	100	100
Коэффициент полезного действия, %	87	88
Потребляемая мощность, кВт	82	182
Масса, кг	740	1000

Внешние характеристики трансформатора ТДФ-1001 и ТДФ-1601 показаны на рис. 2, а и б.

Трансформаторы типа ТДФ-1001 и ТДФ-1601 – стационарные установки в однокорпусном исполнении с принудительной вентиляцией. Установка состоит из трансформатора, сетевого контактора, вентилятора и блок-схемы управления.

	Рис. 2. Внешние характеристики трансформаторов: а – ТДФ-1001, б – ТДФ-1601.
	Рис. 3. Электрическая схема трансформатора СТШ-500 : 1 – магнитопровод; 2 – катушка первичной обмотки; 3 – катушка вторичной обмотки; 4 – магнитные шунты Рис. 4. Электрическая схема трансформатора ТМ-300-П
Рис. 1. (а), его внешние вольт-амперные характеристики (б) и магнитная схема (в): 1 – механизм регулирования сварочного тока, 2 – зажимы низкого напряжения, 3 – подвижная катушка, 4 – магнитопровод, 5 – неподвижная катушка, 6 – кожух, 7 – регулировочный винт, 8 – зажимы высокого напряжения, 9 – крышка.	Рис. 5. (а) и его внешние характеристики (б): I, II, III, IV – схемы преключения на различную величину тока; 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 – порядковые номера зажимов

Трансформаторы с магнитными шунтами типа СТАН, ОСТА и СТШ (в настоящее время не выпускаются).

Трансформатор СТШ стержневого типа, однофазный, выполнен в однокорпусном исполнении и предназначен для питания электрической сварочной дуги переменным током частотой 50 Гц при ручной дуговой сварке, резке и наплавке металлов. На рис. 3 показана схема трансформатора СТШ-500.

Магнитопровод (сердечник трансформатора) изготовляется из электротехнической стали Э42 толщиной 0,5 мм. Стальные листы соединяют изолированными шпильками.

Катушки первичной обмотки трансформатора выполнены из изолированного алюминиевого провода прямоугольного сечения, а вторичной – из голой алюминиевой шины, между витками которой прокладывают асбестовые прокладки, предназначенные для изоляции витков от короткого замыкания.

Регулятор тока состоит из двух подвижных магнитных шунтов, расположенных в окне магнитопровода. Вращением винта по часовой стрелке шунты раздвигаются, а против часовой – сдвигаются, происходит плавное регулирование сварочного тока. Чем меньше расстояние между шунтами, тем меньше сварочный ток, и наоборот. Шунты изготовляют из той же электротехнической стали, что и магнитопровод.

Для снижения помех, возникающих при сварке, применяют емкостный фильтр из двух конденсаторов типа КБГ-И. Конденсаторы смонтированы на стороне высокого напряжения.

Промышленностью создан ряд новых переносных источников питания сварочной дуги переменным током – малогабаритные трансформаторы. Примерами таких транс­форматоров являются, например, монтажные трансформаторы ТМ-300-П, ТСП-1 и ТСП-2.

Монтажный трансформатор ТМ-300-П предназначен для питания сварочной дуги при однопостовой дуговой сварке на монтажных, строительных и ремонтных работах. Транс­форматор обеспечивает крутопадающую внешнюю характеристику (с отношением тока короткого замыкания к току номинального рабочего режима 1,2-1,3) и ступенчатое регулирование сварочного тока, что позволяет выполнять сварку электродами диаметром 3,4 и 5 мм. Он однокорпусный, имеет малую массу и удобен для транспортирования. Транс­форматор ТМ-300-П имеет разделенные обмотки, что позволяет получать значительное индуктивное сопротивление для создания падающих внешних характеристик. Магнитопровод стержневого типа набирается из холоднокатаной текстурированной стали Э310, Э320, Э330 толщиной 0,35-0,5 мм. Электрическая схема трансформатора приведена на рис. 4.

Первичная обмотка состоит из двух катушек одинакового размера, полностью размещенных на одном стержне магнитопровода. Вторичная обмотка также состоит из двух катушек, из которых одна – основная – размещается на стержне магнитопровода вместе с первичной обмоткой, а вторая – реактивная – имеет три отпайки и размещается на другом стержне магнитопровода.

Реактивная вторичная обмотка значительно удалена от первичной обмотки и имеет большие потоки рассеяния, определяющие повышенное индуктивное ее сопротивление. Величина сварочного тока регулируется переключением числа витков реактивной обмотки. Такое регулирование тока позволяет увеличить напряжение холостого хода при малых токах, обеспечивая условия для устойчивого горения сварочной дуги.

Первичную обмотку выполняют из медного провода с изоляцией, а вторичную обмотку наматывают шинкой. Обмотки пропитывают кремнийорганическим лаком ФГ-9, что позволяет повышать температуру их нагрева до 200° С. Магнитопровод с обмотками размещается на тележке с двумя колесами. Для сварки в монтажных условиях электродами диаметром 3 и 4 мм применяют облегченный трансформатор ТСП-1. Трансформатор рассчитан на кратковременную работу при коэффициенте загрузки поста менее 0,5 и электродах диаметром до 4 мм. Электрическая схема и внешние характеристики такого трансформатора показаны на рис. 5. Вследствие большого расстояния между первичной обмоткой А и вторичной обмоткой Б образуются значительные потоки магнитного рассеяния.

Падение напряжения за счет индуктивного сопротивления обмоток обеспечивает крутопадающие внешние характеристики.

Регулирование сварочного тока ступенчатое, как и у сварочного трансформатора ТМ-300-П.

Для уменьшения массы конструкция трансформатора выполнена из высококачественных материалов – магнитопровод – из холоднокатаной стали, а обмотки – из алюминиевых проводов с теплостойкой стеклянной изоляцией.

Технические данные трансформатора ТСП-1 приведены в таблице 1 .

Для сварки в монтажных условиях выпускаются также малогабаритные облегченные сварочные трансформаторы СТШ-250 с плавным регулированием сварочного тока, разра­ботанные Институтом электросварки имени Е. О. Патона, и ТСП-2, разработанные Всесоюзным научно-исследовательским институтом электросварочного оборудования.

Для выполнения сварочных работ на различной высоте в монтажных условиях создан специальный сварочный трансформатор ТД-304 на салазках, оборудованный дистан­ционным регулированием сварочного тока непосредственно с рабочего места электросварщика.

Многопостовые и специальные сварочные трансформаторы

Для многопостовой сварки
может быть использован любой сварочный трансформатор типа СТЭ с жесткой внешней характеристикой при условии присоединения к каждому посту регулятора тока (дросселя) типа РСТ, обеспечивающего падающую внешнюю характеристику.

Количество постов, подключаемое к многопостовом сварочному трансформатору, определяется по формуле

n=Iтр / Iп ּ K

,

где n – количество постов; Iтр – номинальный ток сварочного трансформатора; Iп – сварочный ток поста; K – коэффициент загрузки, равный 0,6-0,8.

На рис. 1 показана электрическая схема многопостовой сварки от однофазного трансформатора с жесткой характеристикой и регулятором тока типа РСТ.

Применение многопостовых сварочных трансформаторов
позволяет более полно использовать мощность оборудования. Для многопостовой сварки применяют также трехфазные трансформаторы с параллельным питанием нескольких сварочных постов. Как видно из рис. 2, такой трансформатор имеет первичную обмотку 1, соединенную «треугольником», и вторичную обмотку 2, соединенную «звездой». Фазовое напряжение (напряжение между пулевым проводом и любой из фаз) должно быть 65-70 В. Регулирование сварочного тока и обеспечение падающей характеристики на каждом сварочном посту осуществляется с помощью дросселей типа РСТ.

Многопостовые сварочные трансформаторы имеют ограниченное применение. Трехфазный сварочный трансформатор может быть применен для ручной дуговой сварки двумя электродами (рис. 3). В этом случае обеспечивается большая производительность сварки, экономится электроэнергия, больше косинус «фи», равномернее распределяется нагрузка между фазами. Регулятор тока такого трансформатора Тр состоит из двух сердечников с регулируемыми воздушными зазорами. Две обмотки регулятора 1 и 2 расположены на одном сердечнике и включаются последовательно с электродами, обмотка 3- на втором сердечнике и подключается к свариваемой конструкции. При трехфазной сварке горят по рассматриваемой схеме одновременно три дуги: две между каждым из электродов 4, 5 и свариваемым изделием 6 и одна между электродами 4 и 5. Для прекращения горения дуги между электродами 4 и 5 предусмотрен магнитный контактор К, катушка которого включена параллельно обмотке 3 регулятора и разрывает электрическую цепь между электродами.

Параллельное включение однофазных сварочных трансформаторов

Сварочные трансформаторы соединяют на параллельную работу с целью повышения мощности источника питания. Для этого используют два или несколько однотипных трансформаторов с одинаковыми внешними характеристиками и первичными обмотками, рассчитанными на одно и то же напряжение. Подключение нужно производить к одним и тем же фазам сети соответствующих одноименных зажимов первичных обмоток трансформаторов, их вторичные обмотки соединяют также через одноименные зажимы.

Схема параллельного соединения однофазных сварочных трансформаторов с дросселями типа СТЭ показана на рисунке. При параллельном соединении двух трансформаторов величина сварочного тока в цепи возрастает соответственно в 2 раза по сравнению с одним трансформатором. Соответственно с подключением на параллельную работу трех трансформаторов ток увеличивается в 3 раза.

Необходимым условием параллельной работы трансформаторов является равномерное распределение между ними величины сварочного тока. Регулировать величину сварочного тока следует одновременно одинаковым числом поворотов ручек всех регуляторов или одновременным нажатием кнопок (как. например, в трансформаторах типа ТСД). Равенство нагрузок между трансформаторами проверяется амперметрами.

Осцилляторы и импульсные возбудители дуги

Осциллятор

– это устройство, преобразующее ток промышленной частоты низкого напряжения в ток высокой частоты (150-500 тыс. Гц) и высокого напряжения (2000-6000 В), наложение которого на сварочную цепь облегчает возбуждение и стабилизирует дугу при сварке.

Основное применение осцилляторы нашли при аргно-дуговой сварке переменным током неплавящимся электродом металлов малой толщины и при сварке электродами с низкими ионизирующими свойствами покрытия. Принципиальная электрическая схема осциллятора ОСПЗ-2М показана на рис. 1.

Осциллятор состоит из колебательного контура (конденсатора С5, в качестве индукционной катушки используется подвижная обмотка трансформатора ВЧТ и разрядника Р) и двух индуктивных дроссельных катушек Др1 и Др2, повышающего трансформатора ПТ, высокочастотного трансформатора ВЧТ.

Колебательный контур генерирует ток высокой частоты и связан со сварочной цепью индуктивно через высокочастотный трансформатор, выводы вторичных обмоток которого присоединяются: один к заземленному зажиму выводной панели, другой – через конденсатор С6 и предохранитель Пр2 ко второму зажиму. Для защиты сварщика от поражения электрическим током в цепь включен конденсатор С6, сопротивление которого препятствует прохождению тока высокого напряжения и низкой частоты в сварочную цепь. На случай пробоя конденсатора С6 в цепь включен плавкий предохранитель Пр2. Осциллятор ОСПЗ-2М рассчитан на подключение непосредственно в двухфазную или однофазную сеть напряжением 220 В.

Рис. 1.: СТ – сварочный трансформатор, Пр1, Пр2 – предохранители, Др1, Др2 – дроссели, С1 – С6 – конденсаторы, ПТ – повышающий трансформатор, ВЧТ – высокочастотный трансформатор, Р – разрядник	Рис. 2. : Тр1 – трансформатор сварочный, Др – дроссель, Тр2 – повышающий трансформатор осциллятора, Р – разрядник, С1 – конденсатор контура, С2 – защитный конденсатор контура, L1 – катушка самоиндукции, L2 – катушка связи

При нормальной работе осциллятор равномерно потрескивает, и за счет высокого напряжения происходит пробой зазора искрового разрядника. Величина искрового зазора должна быть 1,5-2 мм, которая регулируется сжатием электродов регулировочным винтом. Напряжение на элементах схемы осциллятора достигает нескольких тысяч вольт, поэтому регулирование необходимо выполнять при отключенном осцилляторе.

Осциллятор необходимо зарегистрировать в местных органах инспекции электросвязи; при эксплуатации следить за его правильным присоединением к силовой и сварочной цепи, а также за исправным состоянием контактов; работать при надетом кожухе; кожух снимать только при осмотре или ремонте и при отсоединенной сети; следить за исправным состоянием рабочих поверхностей разрядника, а при появлении нагара – зачистить их наждачной бумагой. Осцилляторы, у которых первичное напряжение 65 В, подключать к вторичным зажимам сварочных трансформаторов типа ТС, СТН, ТСД, СТАН не рекомендуется, так как в этом случае напряжение в цепи при сварке понижается. Для питания осциллятора нужно применять силовой трансформатор, имеющий вторичное напряжение 65-70 В.

Схема подключения осцилляторов М-3 и ОС-1 к сварочному трансформатору типа СТЭ показана на рис.2. Технические характеристики осцилляторов приведен в таблице.

Технические характеристики осцилляторов

Тип	Первичное напряжение, В	Вторичное напряжение холостого хода, В	Потребляемая мощность, Вт	Габаритные размеры, мм	Масса, кг
М-3 ОС-1 ОСЦН ТУ-2 ТУ-7 ТУ-177 ОСПЗ-2М	40 – 65 65 200 65; 220 65; 220 65; 220 220	2500 2500 2300 3700 1500 2500 6000	150 130 400 225 1000 400 44	350 x 240 x 290 315 x 215 x 260 390 x 270 x 310 390 x 270 x 350 390 x 270 x 350 390 x 270 x 350 250 х 170 х 110	15 15 35 20 25 20 6,5

Импульсные возбудители дуги

Это такие устройства, которые служат для подачи синхронизированных импульсов повышенного напряжения на сварочную дугу переменного тока в момент изменения полярности. Благодаря этому значительно облегчается повторное зажигание дуги, что позволяет снизить напряжение холостого хода трансформатора до 40-50 В.

Импульсные возбудители применяют только для дуговой сварки в среде защитных газов неплавящимся электродом. Возбудители с высокой стороны подключаются параллельно к сети питания трансформатора (380 В), а на выходе – параллельно дуге.

Мощные возбудители последовательного включения применяют для сварки под флюсом.

Импульсные возбудители дуги более устойчивы в работе, чем осцилляторы, они не создают радиопомех, но из-за недостаточного напряжения (200-300 В) не обеспечивают зажигания дуги без соприкосновения электрода с изделием. Возможны также случаи комбинированного применения осциллятора для начального зажигания дуги и импульсного возбудителя для поддержания ее последующего стабильного горения.

Стабилизатор сварочной дуги

Для повышения производительности ручной дуговой сварки и экономичного использования электроэнергии создан стабилизатор сварочной дуги СД-2. Стабилизатор поддерживает устойчивое горение сварочной дуги при сварке переменным током плавящимся электродом путем подачи на дугу в начале каждого периода импульса напряжения.

Стабилизатор расширяет технологические возможности сварочного трансформатора и позволяет выполнять сварку на переменном токе электродами УОНИ, ручную дуговую сварку неплавящимся электродом изделий из легированных сталей и алюминиевых сплавов.

Схема внешних электрических соединений стабилизатора показана на рис. 3, а, осциллограмма стабилизирующего импульса – на рис. 3, б.

Сварка c применением стабилизатора позволяет экономичнее использовать электроэнергию, расширить технологические возможности применения сварочного трансформатора, уменьшить эксплуатационные расходы, ликвидировать магнитное дутье.

Сварочное устройство «Разряд-250».

Это устройство разработано на базе сварочного трансформатора ТСМ-250 и стабилизатора сварочной дуги, выдающего импульсы частотой 100 Гц.

Функциональная схема сварочного устройства и осциллограмма напряжения холостого хода на выходе устройства показаны на рис. 4, а, б.

Рис. 3. : а – схема: 1 – стабилизатор, 2 – трансформатор варочный, 3 – электрод, 4 – изделие; б – осцилограмма: 1 – стабилизирующий импульс, 2 – напряжение на вторичной обмотке трансформатора	Рис. 4. а – схема устройства; б – осциллограмма напряжения холостого хода на выходе устройства

Устройство «Разряд-250» предназначено для ручной дуговой сварки переменным током плавящимися электродами любого типа, в том числе предназначенными для сварки на постоянном токе. Устройство может использоваться при сварке неплавящимися электродами, например, при сварке алюминия.

Устойчивое горение дуги обеспечивается подачей на дугу в начале каждой половины периода переменного напряжения сварочного трансформатора импульса напряжения прямой полярности, т. е. совпадающего с полярностью указанного напряжения.

Напряжение холостого хода сварочного инвертора — это напряжение между положительным и отрицательным выходными контактами устройства при отсутствии дуги. У сварочного инвертора в исправном состоянии оно должно находиться в пределах, указанных в инструкции производителя. Обычно это напряжение от 40 В до 90 В. Такой номинал обеспечивает легкое зажигание дуги при сварке металла. Это создает и безопасность работы сварщика.

Напряжение холостого хода: как возникает и на что влияет

Напряжение холостого хода получается путем преобразования напряжения питающей сети (220 В или 380 В, 50 Гц) в двух последовательных преобразователях, сначала в напряжение постоянного тока, а затем в переменное частотой 20-50 кГц. Затем высокочастотное напряжение подается на регулятор, поддерживающий необходимую величину напряжения на выходных клеммах и заданную силу тока при зажигании дуги.

Многие считают, что этот параметр влияет только на легкость зажигания дуги, чем выше напряжение, тем легче зажигается дуга. Условия работы сварщиков при монтаже конструкций далеки от идеальных. Случайное касание токоведущих частей с завышенным напряжением может привести к несчастному случаю.

У многих моделей инверторов напряжение холостого тока и сила рабочего тока находятся в прямой зависимости. При сварке металла, покрытого толстым слоем ржавчины или краски, дуга зажигается с трудом.

Если в этой ситуации увеличить напряжение холостого хода, то рабочий ток окажется избыточным, и вместо качественного соединения металла могут образоваться шлак и поры.

Вернуться к оглавлению

На чем отражается правильность подбора режима

Правильно установленный режим холостого хода обеспечивает качественное сгорание электрода и четко выраженный капельный перенос металла в сварную ванночку, образование надежного соединения с проваром корня шва. Образование брызг при поджоге и разрыве дуги минимальное, поверхность свариваемых деталей в зоне шва почти не требует дополнительной очистки. Одним из основных признаков правильно подобранного режима является характерный шипящий звук при горении дуги.

Трехфазный сварочный выпрямитель с регулировкой напряжения холостого хода секционированием витков обмоток трансформатора.

В некоторых моделях сварочного инвертора реализована дополнительная защитная функция от поражения сварщика электрическим током при повышенном напряжении холостого хода. Аппарат автоматически снижает напряжение до безопасной величины при возникновении нештатной ситуации и восстанавливает при исчезновении. Аппараты с увеличенным напряжением холостого хода используются при сварке электродами с тугоплавкой обмазкой, применяемыми для работы со специфическими сплавами.

Определенные модели инверторов для лучшего зажигания дуги оснащены схемой . Такие устройства использовались на трансформаторных сварочных аппаратах с переменным и постоянным током. Осциллятор преобразует питающее напряжение сети в напряжение 2,5-3 кВ с частотой 150-300 кГц и выдает его на выходные клеммы импульсами длительностью в несколько десятков миллисекунд. Осциллятор состоит из повышающего низкочастотного трансформатора, подключенного к колебательному контуру, и разрядника с вольфрамовыми контактами. На выходе стоят конденсаторы, пропускающие токи высокой частоты и ограничивающие ток низкой частоты от сварочного аппарата.

В таких устройствах еще предусмотрена защита от поражения электрическим током. Потребляемая мощность осцилляторов составляет 250-300 Вт, что незначительно увеличивает общую потребляемую мощность сварочного инвертора. Осцилляторы можно приобрести в виде отдельного блока или изготовить самостоятельно.

Вернуться к оглавлению

Возможные неполадки в работе и их причины

Причины возникновения неполадок в работе инвертора могут возникнуть по причине:

• неисправности самого инвертора;
• неудовлетворительного состояния сварочных кабелей и цепи питания устройства.

Температурная деформация и напряжение на выходе устройства находятся в неразрывной связи. Из-за скачков напряжения изменяется температура горения дуги, металл либо не прогревается до необходимой температуры, либо сгорает, образуя шлак и поры. Способы устранения неполадок зависят от обнаруженной неисправности. Самой простой причиной может быть плохой контакт в соединениях сварочных кабелей с крокодилами и штекерами для подключения к инвертору. Он ведет к появлению деформаций при сварке. Обычно такой дефект проявляется в резких непериодических скачках сварочного тока, самопроизвольном затухании дуги, что может привести к некачественному соединению, деформации и напряжению при сварке деталей от неравномерного нагрева.

Способ устранения прост и может быть выполнен самостоятельно. Для устранения необходимо снять защитные изоляционные ручки, отсоединить кабель и осмотреть места соединения. При наличии окислов и следов нагрева нужно зачистить поверхности наждачной шкуркой и собрать, тщательно затянув соединительные болты. Кабели с подломленными или оборванными жилами и поврежденной изоляцией необходимо заменить на аналогичные. Длину кабеля лучше сохранить прежнюю. Многие модели инверторов рассчитаны на строго определенную нагрузку по индуктивному сопротивлению и при изменении длины кабеля могут изменить параметры работы.

Следующая причина может быть в неисправности самого устройства. Для определения работоспособности аппарата необходимо замерить прибором напряжение на выходных клеммах инвертора и напряжение в питающей сети. При нормальном сетевом напряжении низкое напряжение на выходе инвертора будет свидетельствовать о неисправности устройства. Ремонт инвертора лучше доверить специалистам из сервисного центра.

Если напряжение на выходе инвертора находится в допустимых пределах при нормальном напряжении питающей сети, следует тщательно проверить цепь подачи питающего напряжения на устройство от вводной точки электроснабжения или прибора учета. Минимальная потребляемая мощность устройств в режиме сварки находится в пределах 4-5 кВт. Необходимое сечение подводящих проводов из меди при такой мощности должно быть не менее 2,5 мм 2 с длительно допустимым рабочим током 25 А по всей цепи питания. Кабель с меньшим сечением будет быстро нагреваться, на нем будут возрастать потери напряжения.

Обязательно необходимо проверить качество всех соединений по цепи питания. Слабая скрутка или другой вид некачественного соединения тоже могут создавать проблемы при сварочных работах и привести к возгоранию. Разъемные соединения из пары вилка-розетка должны быть нового типа с увеличенным диаметром электропроводящих штифтов на вилках. Вилки старого типа не выдерживают нагрузки при длительных режимах работы. Розетки тоже должны быть соответствующего типа. Длина подводящих питание линий не может быть больше 50 м, если иное не указано в технической документации на устройство.

В сельской местности часто наблюдается нештатная работа инверторов из-за перегруженных общих линий электропроводки и заниженного напряжения сети.

Если при попытке зажечь дугу питающее напряжение падает до недопустимо низкого значения в точке ввода, это свидетельствует о недостаточной пропускной способности общей линии и ее перегрузке.

Иногда в такой ситуации могут помочь стабилизаторы напряжения. Эффективность работы стабилизаторов также зависит от нескольких причин и не всегда оправдывается. Общая потребляемая мощность комплекта из сети электроснабжения составит мощность сварочного устройства плюс потери в устройстве стабилизации. Увеличатся расходы по оплате электроэнергии, возрастет перегрузка общих линий, что еще более снизит напряжение на вводе.

Перед решением использовать такое устройство в комплекте со сварочным оборудованием желательно обратиться в электросети с письменным заявлением о некачественном электроснабжении.

В современной литературе можно встретить немало материала по сварочному делу. В последние годы ряд статей, посвященных усовершенствованию и расчету элементов сварочных трансформаторов. 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, сварочный трансформатор состоит из первичной и вторичной (возможно с отводами) обмоток, намотанных на крупном магнитопроводе из трансформаторного железа. От обычного трансформатора сварочный 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 такой трансформатор от однофазной сети 220-240 В. Выходное напряжение вторичной обмотки в режиме холостого хода (х.х.) (когда к выходу не подключена нагрузка) у самодельных сварочников 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 сварочного трансформатора
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 трансформатора. От выходного тока сварочного трансформатора зависят выбор диаметра используемых электродов и оптимальная толщина свариваемого металла.
Наиболее распространенными являются электроды со стальными прутьями 3 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 3 мм через первичную обмотку трансформатора 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, сврочный трансформатор 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 2 мм необходим ток 40-80 А (чаще 50-70 А). Ими можно аккуратно сваривать тонкую сталь толщиной 1-2 мм. Электроды 4 мм хорошо работают при токе 150-200 А. Более высокие токи используют для малораспространенных (05-6 мм) электродов и резки металла.
Кроме мощности, важным свойством сварочного трансформатора 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 трансформатора 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 трансформатора: при изменении длины дуги резко меняется и рабочий ток, что меняет режим сварки — в результате дуга горит нестабильно, шов получается некачественным, работать с такимсварочным аппаратом вручную тяжело или вообще невозможно. Для ручной дуговой сварки необходима крутопадающая динамическая характеристика трансформатора. 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 сварочных трансформаторов, вряд ли представляется возможным. Поэтому на практике их делят на такие, которые сваривают лучше и которые работают хуже. Когда трансформатор 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 трансформаторов реально пригодны для ручной дуговой сварки.

Режим работы сварочного трансформатора

Режим работы сварочного трансформатора можно охарактеризовать как кратковременный повторяющийся. В реальных условиях после сваривания, как правило, следуют монтажные, сборочные и другие работы. Поэтому трансформатор после работы в дуговом режиме имеет какое-то время для охлаждения в режиме холостого хода. В дуговом режиме сварочный трансформатор интенсивно нагревается, а в режиме холостого хода охлаждается, но намного медленнее. Хуже ситуация, когда трансформатор 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 аппарат. 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 сварочный трансформатор может работать в дуговом режиме не более 20% общего времени, остальные 80% он должен находится в режимехолостого хода. Для большинства самодельных конструкций ПР следует принимать еще меньше. Интенсивным же режимом работы трнасформатора будем считать такой, когда время горения дуги того же порядка, что и время перерывов.
Самодельные сварочные трансформаторы выполняют по разным схемам: на П- и Ш-образных магнито-проводах или тороидальные , с различными комбинациями расположения обмоток. Схема изготовления трансформатора и количество витков будущих обмоток главным образом определяются имеющимся в распоряжении магнитопроводом. В дальнейшем в статье будут рассмотрены реальные схемы самодельных трансформаторови, материалы для них. Сейчас же определим, какие обмоточные и изоляционные материалы нам понадобятся.

Учитывая высокие мощности, для обмотоки трансформаторов применяют относительно толстый провод. Развивая во время работы значительные токи, любой сварочник 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 трансформатора. 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 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 трансформатор нагреется до температуры 60° С уже после использования 2-х-3-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. таблицу). 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 1,6-2,4 мм в простой лаковой изоляции. 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 трансформатора 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 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 сварочных трансформаторов. 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 1,6-2,5 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 0,5-0,8 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 20-30 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 сварочных трансформаторов 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 изоленту можно исключить сразу из применения на греющихся участках трансформатора. 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 трансформатора — магнитопровод.

Как правило, для самоделок используются магнитопроводы старых электроприборов, которые до того ничего общего с сварочным трансформатором 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 трансформатора 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, наилучшие характеристики при средней мощности, 30 см2.
Существуют стандартные методики расчета параметров магнитопровода и обмоток для схем сварочников промышленного изготовления. Однако для самоделок эти методики практически не пригодны. Дело в том, что расчет согласно стандартной методике ведется для заданной мощности трансформатора, 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 сварочных трансформаторов 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 сварочного трансформатора 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. Для расчета трансформаторов, предназначенных для сварки 3-4 мм электродами 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 трансформаторов с большой площадью магнитопровода (более 50 см2) и относительно высоким КПД можно рекомендовать увеличить количество рассчитанных по формуле витков на 10-20%. Для трансформаторов, изготавливаемых на сердечниках с небольшой площадью (меньше 30 см), возможно придется, наоборот, уменьшить на 10-20% количество расчетных витков. Кроме того, полезная мощность 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 трансформатора. 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 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 сварочного трансформатора более высоких мощностей, например для работы 4 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 можно также несколько повысить увеличением количества витков вторичной обмотки, чтобы выходное напряжение холостого хода повысилось с предполагаемых 50 В до более высоких значений (70-80 В).

Включив первичную обмотку в сеть, надо измерить токхолостого хода, он не должен иметь большое знание (0,1-2 А). (При включении сварочного трансформатора в сеть происходит кратковременный, но мощный скачок тока). В общем по току холостого хода. нельзя судить о выходной мощности тр: он может быть разным даже для одинаковых типов трансформаторов. Однако, исследовав кривую зависимости тока холостого хода от питающего сварочник напряжения, можно более уверенно судить о свойствах трансформатора. Для этого первичную обмотку необходимо подключить через ЛАТР, что позволит плавно менять напряжение на ней от 0 до 250 В. Вольт-амперные характеристики трансформтора в режиме холостого хода при различных количествах витков первичной обмотки показаны на рисунке, где 1 — обмотка содержит мало витков; 2 — трансформатор работает при максимальной своей мощности; 3, 4 — умеренная мощность. Сначала кривая тока полая, 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, чтосварочный трансформатор, включенный на тоже напряжение без ЛАТРа, будет потреблять ток примерно на 30% больше). Если точка рабочего напряжения лежит на изгибе кривой, тотрансформатор 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 холостого хода: большинство самоделок ориентированы на этот случай. Реально токи холостого хода различны для разных типов сварочных трансформаторов: большинство лежит в интервале 100-500 мА. Я не рекомендую устанавливать ток холостого хода более 2 А.

Для выполнения электродуговой сварки необходим определенный набор оборудования, в него входит сварочный трансформатор. На рынке существуют производственные и бытовые аппараты, они различаются техническими характеристиками.

Главная задача трансформатора –преобразование подаваемого электричества до требуемых параметров.

Взаимодействие компонентов входящих в состав сварочного трансформатора, в результате, приводит генерации сварной дуги, которая располагается между рабочим инструментом и заготовкой.

Устройство сварочного трансформатора и характеристики

Для возникновения дуги, обеспечивающей разогрев и расплавление кромок заготовки, требуется изменить характеристики электричества подаваемого из сети.
Сварочный трансформатор преобразует поступающее электричество следующим образом:

• напряжение снижает;
• силу тока поднимает.

В преобразовании электричества принимают участие следующие узлы:

• магнитопровод;
• первая обмотка, собираемая из изолированного кабеля;
• перемещающейся второй обмотки. Ее выполняют из провода без изоляции, это необходимо для повышения тепловой отдачи;
• винтовая пара;
• штурвал для управления винтовой парой;
• клеммники для сварных кабелей.

В состав сварочных агрегатов включают дополнительные компоненты, которые предназначены для совершенствования их работы.

Устройство пускового механизма

Пусковое устройство включает в свой состав – магнитопровод, две обмотки и клеммы. Переключатели изменяют напряжение и общее число обмоток подключаемых к выпрямителю. В первичную цепь устанавливают регулятор, собранный на основе полупроводников (тиристоров). Вторая обмотка, подключаемая к выпрямительному мосту, обеспечивает подачу двух уровней изменяемого напряжения.

Для работы пускового устройства требуется напряжение в 220 В. Ток лежит в диапазоне от 0 до 120 А, а напряжение достигает 70 В случае самостоятельного изготовления устройства, за основу принимают стержневой трансформатор, на его первой обмотке накручено 230 витков, на второй 32. Пульт управления полупроводниками монтируют над дросселем. Для охлаждения всей системы используют принудительную вентиляцию.

Устройство магнитопровода

Ключевыми деталями магнитопровода, являются пластинки или листы, произведенные из электромагнитной стали. К конструктивным деталям относят крепеж, корпус и пр. Магнитопроводы сварочных трансформаторов разделяют на стержневые и броневые. В устройствах стержневого типа все сегменты магнитной цепи обладают одинаковым сечением. В магнитопроводах броневого типа полным сечением обладает только средний стержень, на который устанавливают обмотки.

Сечения остальных участков магнитной цепи почти в два раза меньше. По ним происходит замыкание магнитного потока. На участках магнитопровода имеющего Т-образную форму, каждый имеет свое сечение. При этом его размер составляет в три раза меньший размер, чем собственно сам стержень. По каждому из участков происходит замыкание третьей части потока.
Пластины, входящие в пакеты покрывают специальным составом, который называют оксидной изоляцией.
Принцип работы сварочного трансформатора
Аппаратура для сварки работает по алгоритму:

1. Питание подается на первую обмотку. В ней генерируется магнитный поток, замыкающийся на сердечнике.
2. Затем питание направляется на вторую обмотку.
3. Магнитопровод, который собран из ферромагнитов, генерирует постоянное магнитное поле. Индуцирующий поток производит ЭДС.
4. Разность в числе витков допускает колебание тока с требуемыми для выполнения сварки параметрами. Эти же показатели учитывают при расчетах аппаратуры для сварки.

Существует связь числа витков на второй катушке и напряжением на выходе. То есть для повышения тока количество витков необходимо увеличить. Но так как, сварочный трансформатор – это понижающий тип, то число витков на второй обмотке будет ниже, чем на первой.
Устройство и принцип действия сварочного трансформатора обеспечивает настройку величины тока. Этого достигают уменьшая или увеличивая пространство между катушками.
Для этого в сварочном оборудовании установлены движущиеся компоненты. Расстояние между обмотками изменяет сопротивление и это дает возможность выбирать именно тот ток, который нужен для сварки.

Холостой ход

Аппаратура для сварки работает в двух режимах – рабочем и холостом. Во время сварки вторая обмотка замыкается между рабочим инструментом и деталью. Ток расплавляет кромки заготовок и в результате получается надежное соединение деталей. После того, как сварщик закончит работы, цепь прерывается и трансформатор переключается на холостой ход.
ЭДС в первой обмотке появляются из-за наличия:

• магнитного потока;
• его рассеивания.

Эти силы отпочковываются от направления потока в магнитопроводе и замыкаются между катушками в воздухе. Именно эти силы и являются основой работы в холостую.
Работа на холостом ходу не должна представлять опасность для рабочего — сварщика и окружающих людей. То есть оно не должно быть больше чем 46 В. Но отдельные модели сварочного оборудования, имеют большие значения, например, 60 – 70 В. В этом случае в конструкции сварочного устройства устанавливают ограничитель параметров холостого хода. Скорость его срабатывания не превышает одну секунду с момента разрыва цепи и окончания работы. В целях дополнительной защиты сварщика, корпус трансформатора необходимо заземлять.

Это позволяет напряжению, которое может появиться на корпусе в результате повреждения изоляции, уйти в землю, не нанеся ни какого вреда рабочему – сварщику.

Схема сварочного трансформатора и ее модификации

Аппаратура для сварки состоит из:

• трансформатора;
• приборы для изменения размера тока.

Для розжига и поддержания дуги необходимо обеспечить наличие индуктивного сопротивления второй обмотки.
Подъем индуктивного сопротивления ведет к тому, что изменяется наклон статистических параметров источника энергии. В результате приводит к постоянству всей системы «источник тока – дуга».

У сварочных аппаратов, работающих под нагрузкой, количество мощности в разы больше, чем потери, которые они несут при работе в холостую.

Настройка рассеивания магнитного поля осуществляется переменой геометрических параметров пространства между составными частями магнитопровода. В виду того, что магнитная проницаемость железа выше чем у воздуха то придвижении шунта изменяется сопротивление потока, который проходит по воздуху. Если шунт введен целиком, то индуктивное сопротивление определяется, зазорами между ним и элементами магнитопровода.

Трансформаторы этого типа изготавливают для решения производственных задач.

Сварочные трансформаторы с секционными обмотками

Такая аппаратура производилось в ХХ века для решения производственных и бытовых задач. В них реализовано несколько степеней настройки количества витков в обеих катушках.

Для настройки напряжения и тока применяют фазовый сдвиг тиристора. При этом происходит изменение среднего значения напряжения.

Для работы однофазной сети нужны два тиристора, включенных навстречу друг другу. Причем их настройка должно быть синхронной и симметричной. Трансформаторы на основании полупроводников (тиристоров) обладают жесткой статической характеристикой. Ее регулировка производится по напряжению при помощи тиристоров.

Тиристоры хороши для настойки напряжения и тока в электрических цепях переменного характера, дело в том, что закрытие происходит при изменении полярности.

В схемах с постоянным током для закрытия тиристоров применяют резонансные схемы. Но это сложно, дорого и накладывает определенные сложности на возможность регулирования.

В полупроводниковых трансформаторах тиристоры монтируют в первой обмотке, тому есть две причины:

1. Вторичные токи в сварочных источниках значительно больше, чем предельный ток тиристоров, он достигает 800 А.
2. Высокий КПД так как потери на падении напряжения в открытых вентилях в первой обмотке в отношении рабочего ниже в несколько раз.

В современных устройствах используют обмотки из алюминия, для повышения надежности конструкции к ним на концах приварены медные накладки.

Отличия и разновидности оборудования

На производстве применяют следующие виды сварочных аппаратов:

• трансформаторы;
• выпрямители;
• инверторы.

Ещё выделяют:

• полуавтоматы;
• генераторы — сварочные аппараты с бензиновым или дизельным электрогенератором;
• и прочие промышленные аппараты.

Сварочные трансформаторы

Так называют устройство, которое предназначено для преобразования переменного тока получаемого из сети в напряжение необходимо для выполнения электрической сварки.

Ключевым узлом этого устройства является трансформатор, который понижает сетевое напряжение до уровня холостого хода.

Достоинства и недостатки сварочных трансформаторов

К несомненным преимуществам этого оборудования относят довольной высокий КПД от 70 до 90%, простоту работы и высокую ремонтопригодность. Кроме этого аппараты этого класса отличает невысокая стоимость.
Вместе с тем, аппараты этого типа иногда не в состоянии обеспечить постоянство горения дуги. Это обусловлено характеристиками переменного тока. Для получения качественной сварки целесообразно применять электроды, адаптированные для работы с переменным током. Кроме того, на качестве сварки отрицательно сказываются и колебания напряжения на входе.

Аппараты этого типа нельзя применять для работы с нержавейкой и цветными металлами. Высокий вес аппарата и его габариты вызывают ряд сложностей при его транспортировке с места на место.
Но надо отметить, что сварочный трансформатор – это не плохой выбор для домашних нужд.

Аппаратура, которое преобразует переменное напряжение, поступающее из сети питания в постоянное, необходимое для выполнения электросварочных работ.
На практике применяют несколько схем выпрямителей, в которых реализованы разные методы получения выходных параметров напряжения и тока. Применяют разные способы регулировки параметров тока и вольт-амперной характеристики.

В эти способы входят:
Изменение настроек трансформатора, применение дросселя, настройка с помощью полупроводников (тиристоров и транзисторов). В самых простых аппаратах для регулирования тока применяют трансформатор, а для его выпрямления диодные схемы. В силовую часть такого оборудования входят трансформатор, выпрямитель, дроссель.

Достоинства и недостатки сварочных выпрямителей

Главное достоинство выпрямителей, если сравнивать их с трансформаторами, заключено в том что, для сварки применяют постоянный ток. Это обеспечивает качество розжига и поддержания параметров дуги и это соответственно приводит к качеству сварного шва. Применение выпрямителя позволяет сваривать не только обыкновенные стали, но обрабатывать нержавейку и цветные металлы. Кроме того, надо учесть и то, что сваривание с применением выпрямителя обеспечивает малое количество брызг.

По сути, описанные достоинства дают однозначный ответ на вопрос – какой аппарат выбрать трансформатор или выпрямитель, но разумеется нельзя забывать и стоимости этого оборудования.
Выпрямители имеют и отдельные недочеты – большой вес конструкции, потеря мощности, падение напряжения в сети во время проведения сварочных работ. Кстати, все сказанное в полной мере относится и к трансформаторам.

Сварочные инверторы

Аппаратура этого типа предназначено для преобразования постоянного тока в переменный. Инвертор работает следующим образом. Ток, с частотой в 50 Гц, попадает на выпрямитель. На нем он, пройдя, через фильтр сглаживается и преобразуется в переменный. Частота такого тока оставляет несколько килогерц. Современные схемы позволяют получать ток с частотой 100 Гц. Этот этап преобразования, является самым важным в работе инвертора и это позволяет добиться существенных преимуществ в сравнении с другими моделями сварочного оборудования.

После этого, полученное высокочастотное напряжение роняют до значения холостого хода. А ток вырастает до размеров достаточных для выполнения сварочных работ, то есть до величины 100 – 200 А.
Схема инвертора и комплектующие используемые в работе позволяют создавать сварочные аппараты с малым весом и высокими техническими характеристиками.
Предприятия – производители выпускают аппараты для выполнения сварки:

• в ручном режиме;
• неплавящимся электродом в аргонной среде;
• в полуавтоматическом режиме под защитой газов и многие другие.

К несомненным достоинствам этого класса оборудования можно отнести – малый вес и габариты. Это позволяет передвигать инвертор на строительной или производственной площадке без особых сложностей.
В составе инвертора нет трансформатора и это позволило избежать потерь на нагрев обмоток и перемагничивания сердечника и получить высокий КПД. При сварке электродом в диаметр 3 мм, от сети потребляется все 4 кВт мощности, показатель сварочного трансформатора или выпрямителя составляет 6 – 7 кВт.

Схемы применяемые в инверторах позволяют генерировать практически все параметры вольт-амперных характеристик – это говорит о том, что аппараты этого типа допустимы для применения во всех видах сварочных работ. Кроме того, инверторы обеспечивают работу с легированными, нержавеющими сталями и цветными металлами.

Инверторная схема не нуждается в частых и длительных перерывах в работе.

Конструкция инвертора позволяет выполнять плавную регулировку режимов сварки во всем диапазоне токов и напряжений, необходимых для выполнения сварочных работ. Инвертор обладает широким диапазоном токов от нескольких единиц до сотен тысяч. В быту применяют аппараты, которые позволяют варить металл относительно тонкими электродами до 3 мм. Применение аппаратов такого уровня позволяет формировать шов в различных положениях и обеспечить минимальное количество брызг расплавленного металла, возникающих при сварочных работах.

Инверторные сварочные аппараты, производимые в наши дни, по большей части имеют микропроцессорное управление. Оно позволяет:

• обеспечить рост тока при розжиге дуги;
• минимизировать залипание электрода и детали и еще ряд функций облегчающих работу сварщика.

После выполнения сварки с помощью трансформатора или выпрямителя, работа с инвертором может с полным основанием считаться праздником.
Между тем инверторы обладают рядом недостатков. В частности, ремонт инвертора может обойтись в копеечку. Кроме того, у аппаратов инверторного типа повышенные требования к условиям хранения. Это обусловлено тем что, в инверторах содержится много элементов микроэлектроники.

На что обращать внимание при выборе

Надо понимать, что выбор сварочного оборудования это непростая задача и решают ее в несколько этапов.

1. Необходимо знать марку свариваемых материалов и вид требуемого шва. Так, для обработки стали или нержавейки достаточно аппарата обеспечивающего ручную дуговую сварку. Для сварки обыкновенной стали можно использовать аппараты с переменным и постоянным током. Для работы с нержавеющей сталью необходимо использовать аппараты постоянного тока. Рабочие характеристики сварочного трансформатора позволяют работать с разными материалами.

1. В зависимости от размера тока, аппараты в 200 А, относят к бытовым, а в 300 к профессиональным.
2. В зависимости от типа работы – полуавтоматы, обладающие сложной конструкцией и довольно высокой стоимостью, показывают высокую производительность и простоту в управлении.
3. Инверторы обладают малыми габаритами и весом и широкой возможностью настроек.
4. Немаловажное значение имеет место выполнения работ, в частности, климатические условия.
5. Само собой, принимая решение о выборе аппарата необходимо обращать внимание на компанию – производителя.

Возможные неисправности и ремонт

Сварочная аппаратура, как и любое техническое устройство, всегда может выйти из строя. Существуют некоторые признаки, по которым можно определить возникшие неисправности.

Например, при проведении сварки, постоянно происходит залипание электрода. Это может быть вызвано низким напряжением, неправильной настройкой тока, неправильным выбором электрода и рядом других причин.
Отсутствие дуги может быть вызвано перебитым кабелем, перегревом сварочного оборудования и множеством других причин.

Для ремонта сварочного трансформатора необходимо обладать определенными знаниями, то есть необходимо умение читать принципиальные электрические схемы и навык выполнения электромонтажных работ. Именно поэтому имеет смысл при возникновении неисправностей обращаться в мастерскую по их ремонту и обслуживанию.

Как правильно смонтировать трансформатор

Сварочную аппаратуру необходимо надежно заземлить. Для облегчения жизни, на трансформаторов устанавливают специальные болтовые зажимы с сопроводительной надписью «ЗЕМЛЯ».
Классификация по различным признакам
Сварочная аппаратура классифицируется по следующим признакам – по фазам, по применяемости.
На практике применяют одно и трехфазные сварочные аппараты. Однофазные аппараты, по большей части применяют для выполнения сварочных работ переменным током. Трехфазные применяют на строительных и производственных.

К однофазным относятся аппараты марки ТД. По сути, это трансформаторы с хорошим магнитным рассеиванием и перемещающимися обмотками. Их снабжают механическими регуляторами, выполненными в виде винтовых.
Трехфазные аппараты применяют для сварки трехфазной дугой. Такой способ повышает производительность сварки, позволяет экономить электроэнергии, производит выравнивание нагрузки между фазами.

Трехфазные аппараты применяют для организации многопостовой сварки. В частности, использование такого оборудования позволяет использовать как минимум два электрода одновременно. В конструкцию аппарата вносят некритичные изменения. Такое применение аппаратуры позволяет поднять экономический эффект от сварочных работ.

Трансформатор ТДМ включает в свой состав следующие части:

• металлический корпус;
• клеммы для сварочных;
• штурвал для настройки аппарата;
• магнитопровод;
• первая обмотка;
• вторая обмотка;
• винтовую пару для перемещения частей обмоток.

Принцип работы трансформатора ТДМ

Как уже отмечалось в конструкцию аппарата ТДМ входит магнитопровод, представленный в виде набор стальных пластин и изолированных обмоток. Ток, подаваемый из сети электропитания, попадает на первичную обмотку. В это время вторая обмотка, которая является перемещаемой, должна быть подключена к сварочному электроду и обрабатываемой деталью.

Между обмотками существует зазор, который и определяет параметры сварочного тока и напряжения. Чем больше размер зазора, тем больше сварочный ток. Это достигается за счет рассеивания магнитного поля.

Сварочный трансформатор своими руками

Для изготовления сварочного аппарата своими руками надо понимать его базовые принципы работ. Первым делом необходимо определиться с параметром мощности тока. Для сварки массивных заготовок будет востребована высокая мощность генерируемого тока.

Кроме того, нельзя забывать и о том, что этот параметр жестко связан с тем, какие электроды будут использоваться во время работы. Для работы с металлом от 3 до 5 мм, необходимо использовать электроды 3 – 4 мм. Если толщина металла менее 2 мм, то вполне достаточно электродов 1,5 – 3 мм.

Другими словами, если планируется использование электродов толщиной 4 мм, то сила тока должна составлять 150 – 200 А, а электроды в 2 мм, сила тока должна составлять 50 – 70 А.
Дуга формируется за счет использования трансформатора, состоящего из обмоток и магнитопровода.

Расчет сварочного трансформатора

У каждого типа сварки свои требования к трансформационным устройствам. Базовый расчет выполняют на основании разности количества витков на первичной и вторичной обмотке. Для понижающего оборудования работает следующее правило – если существует необходимость снижения напряжения в 10 раз, то количество витков на вторичной обмотке должно быть в 10 раз меньше. Надо отметить, что это правило имеет обратную силу.

У каждого трансформатора имеется так называемый коэффициент трансформации. Он показывает размер масштаба силы тока при переходе с первичной обмотки на вторичную. Руководствуясь этим принципом можно выполнить расчет сварочного трансформатора пригодного для любого типа сварки.