Схема сварочного трансформатора с электронной регулировкой тока

Схема сварочного трансформатора с электронной регулировкой тока

Тем, кто любит мастерить всё своими руками, предлагается сделать компактное и надёжное устройство для электросварки изделий из конструкционных сталей электродами диаметром 2-5 мм. Питание его осуществляется от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В, что довольно-таки удобно и при работе в домашних условиях, и «на выезде». А наличие встроенного электронного регулятора позволяет к тому же плавно изменять сварочный ток от 20 А до 200 А, что, в свою очередь, дает возможность прочно соединять детали различной толщины и с большим качеством.

Принципиальная электрическая схема сварочного трансформатора с электронной регулировкой тока:

Как следует из принципиальной электрической схемы (см. рис.), в основе данного устройства — разновидность тиристорного регулятора, получившего широкое распространение в последнее время. Оно и понятно. Ведь такое техническое решение позволяет использовать здесь весьма доступные материалы и детали, что важно для повторения и в «центре», и в условиях «глубинки».

«Сварочник» состоит из собственно силового трансформатора Т1, регулирующих тиристоров VS1 и VS2, включённых в цепь силовой обмотки II, и блока электронной регулировки, вырабатывающего управляющие импульсы. Дополнительная обмотка III стабилизирует горение дуги и позволяет улучшить процесс образования шва в начальный момент сварки. Ну а что касается обмотки IV, то она служит для питания блока электронной регулировки тока.

Трансформатор Т1 изготовлен на основе статорного сердечника от асинхронного двигателя переменного тока мощностью 15. 18,5 или 22 кВт. По методике, о которой журнал уже не раз рассказывал своим читателям (см., например, № 8’92, 11’95). Напомним лишь, что электродвигатель разбирают, и статор вместе с обмотками извлекают из корпуса.

В случае затруднений последний можно даже разбить (конечно, с соблюдением необходимых предосторожностей).

Прежние обмотки вырубают зубилом. Остатки удаляют, не повреждая, однако, сами статорные пластины. Магнитопровод обматывают затем несколькими слоями стеклоткани или киперной ленты. Причём в последнем случае изолирующий материал промазывают эпоксидным клеем. Или — простым масляным лаком (например, марки ПФ-231).

Первичную обмотку трансформатора выполняют проводом марок ПЭВ-2 (медный) или АПСО (алюминиевый) диаметром 2,5 мм. Содержать она должна 220 витков, которые наматывают равномерно по всему сечению магнитопровода.

Если же провода требуемого диаметра нет, то можно обмотку выполнить двумя проводами. Важно лишь, чтобы суммарное сечение здесь составляло 5 мм . Для удобства намотки используют челнок, на котором предварительно размещают требуемое количество провода.

Получившуюся обмотку I изолируют 2-3 слоями стеклоткани или киперной ленты. Затем нелишне проверить всё на наличие короткозамкнутых витков. Для этого обмотку включают в обычную сеть с напряжением 220 В и убеждаются, что ток в цепи обмотки находится в пределах 0,3-0,5 А, Если замеренное значение превышает указанное, то ничего не остается, кроме как более аккуратно перемотать все 220 витков.

Вторичную обмотку II выполняют уже проводом сечением 35 мм3. Витков у неё поменьше, всего 60. А в качестве провода здесь вполне подойдёт медная или алюминиевая шина с надёжной изоляцией.

Рядом с обмоткой II на магнитопроводе размещают обмотку III, которая также содержит 60 витков, но уже — провода марки ПЭВ-2 диаметром 2,5 мм. А вот у обмотки IV — 40 витков ПЭВ-2 0,7 мм. Причём предусмотрен отвод от середины. Изолируются все вторичные обмотки так же основательно, как и первичная.

После окончательной намотки следует снова испытать трансформатор на холостом ходу. Методика здесь практически та же. Отличие лишь в том, что при указанном ранее значении тока на обмотках II и III должно быть напряжение 220 В, на обмотке IV — 40В.

В основе блока электронной регулировки тока лежит схема аналогичного устройства промышленного изготовления ТС-200. Монтаж выполняется печатным или навесным способом. Но в любом случае для этого блока предусматривается надёжный корпус.

Трансформатор Т2 наматывается на магнитопроводе Ш16 с толщиной набора 16 мм. Обмотка I содержит 140 витков провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм. У II- всего 70 витков ПЭВ-2 0,1 мм, а у III и IV — по 90 витков ПЭВ-2 0,5 мм.

Самодельное устройство в сборе:

1 — трансформатор, 2 — радиатор (2 шт.), 3 — тиристор (2 шт.), 4 — пластина верхняя, 5 — брусок, 6 — ручка для переноски, 7 — панель блока регулировки, 8 — потенциометр R-12, 9 — болт М12 с гайкой (2 шт., для крепления сварочного кабеля), 10 — болт М12 стяжной с гайкой и шайбами, 11 — пластина нижняя, 12 — скоба крепления сетевого кабеля, 13 — кабель сетевой.

Резисторы R1. R9 — типа МЛТ-0,5. В качестве R10 и R11 как нельзя лучше подойдут МЛТ-2, а для R12 — СП2-6А. Конденсаторы С1 и С3 целесообразнее использовать типа К50-6.

А что касается С2 и С4, то здесь предпочтительнее К73. Тиристоры VS1 и VS2 — ТЛ-200 или им подобные. Устанавливаются на теплоотводах с общей поверхностью 1000 мм3 каждый.

Блок, собранный из исправных деталей и без ошибок, в наладке не нуждается. Ну а если что-то вдруг не заладится — проверьте монтаж. Обратите внимание на правильность подсоединения обмоток у трансформатора Т2 и на соблюдение указанной в схеме полярности.

Работу блока можно легко проверить с помощью осциллографа. Для этого выходы 4-5 и 6-7 нагружают резисторами сопротивлением по 50 Ом и мощностью 0,5 Вт. Подсоединив прибор сначала к одному выходу, а затем — к другому, убеждаются, что перемещением движка резистора R12 изменяется скважность импульсов.

При отсутствии осциллографа работоспособность блока можно проверить и с помощью вольтметра переменного тока. Причём не подключая обмотку III При правильной работе блока с изменением сопротивления резистора R12 напряжение в точках 9-10 должно плавно меняться от 0 до 60 В.

Возможный вариант конструкции «сварочника» представлен на иллюстрации. Трансформатор Т1 закреплён, как это хорошо видно, на круглом 400-мм основании из 10-мм текстолита или 15-мм фанеры. Причём под него следует подложить два бруска из твёрдого дерева сечением 30×30 мм и длиной 350 мм — для надлежащей циркуляции воздуха, улучшения охлаждения.

К основанию трансформатор крепится при помощи стяжного болта М12 соответствующей длины и такой же, как и снизу, пластины. Сверху на радиаторах размещаются тиристоры.

Ручки для переноски трансформатора изготавливаются из стальной трубы диаметром 0,5». На них крепятся две текстолитовые пластины толщиной 5 мм. Одна из них служит для установки блока регулировки тока, потенциометра R12, а также подсоединяемого на болтах М12 сварочного кабеля.

На второй пластине закреплены две скобы для намотки сетевого кабеля после окончания работы. Здесь же можно установить и автоматический выключатель, рассчитанный на ток не менее 25 А.

Впрочем, конструкция сварочного агрегата может быть и другой. Его, например, легко разместить в «целостном» корпусе (предусмотрев, соответственно, специальные вентиляционные отверстия или даже малогабаритный вентилятор для обдува). Однако как бы при этом не ухудшился тепловой режим!

Ведь даже в конструкции «свободно продуваемого» трансформатора, которая изображена на рисунке, приходится после каждого часа работы предусматривать 10-минутный перерыв.

Сварку производят электродами марки Э-5РА УОНИ-13/55-2,5 УД-1. Диаметр, как уже указывалось,- от 2 до 5 мм. Вставляют нужный электрод в надёжный и удобный электрододержатель (см. описания таковых в № 11’87, 1’90, 10’94 нашего журнала), включают названные выше устройства — и за дело.

Естественно, с соблюдением техники безопасности. С технологией же сварки можно ознакомиться в соответствующих пособиях.

Как неопытному сварщику быстро подобрать параметры тока

Как неопытному сварщику быстро подобрать параметры тока

Ситуация, когда электрод прилипает к металлу, знакома каждому начинающему сварщику. Порой это так раздражает, что сразу же хочется бросить варить и больше никогда в руки не брать держак. Но немного почиркая, все же удаётся зажечь дугу.

Все дело в сварочном токе, а вернее в его неправильных параметрах. Здесь новички грешат тем, что не учитывают некоторые важные моменты. Как быстро настроить сварочный ток на инверторе? Что обязательно нужно знать? Давайте разбираться.

Как неопытному сварщику быстро подобрать параметры тока

Для правильной настройки сварочного тока на инверторе начинающим сварщикам я предлагаю воспользоваться простой таблицей. В ней уже указан ток для сварки электродами различной толщины. При этом нет необходимости что-то вычитывать, достаточно лишь знать толщину свариваемой заготовки и диаметр электрода.

Но все это приблизительные расчеты, ведь, в конце концов, инвертор может и не выдавать нужный ток по некоторым причинам. В основном это происходит из-за того, что используются слишком большие удлинители (20-30 метров длиной). Следует знать, что при использовании длинных переносок ток для сварки сильно проседает.

Второй момент связан с пониженным напряжением в электросети. Иногда сварщики жалуются на то, что электрод прилипает к металлу, не проверив напряжение. Поэтому, каждый раз перед сваркой нужно уточнять, а нормальное ли напряжение в сети 220 Вольт.

Как подбирают ток опытные сварщики?

Опытные сварщики могут не только визуально, но и на слух определить, а правильно ли подобран сварочный ток для каких-то конкретных условий сварки.

Также, при сварке металла опытные сварщики учитывают:

• Интенсивность и стабильность горения дуги;
• Насколько велика зона расплава;
• Текучесть расплавленного металла;
• Скорость остывания;
• Форму сварного соединения.

Учитывая совокупность всех вышеперечисленных нюансов, опытный сварщик подбирается наиболее подходящие параметры сварочного тока.

Для начинающих электросварщиков, чтобы подобрать значения тока, можно также воспользоваться следующей формулой: I = D*40 – 10 %. Буква I — это сила тока, а буква D — диаметр электрода.

Кроме того, подобрать сварочный ток можно и путём экспериментов. Например, если электрод прилипает к металлу, то ток следует поднять. Если во время сварки металл прожигается или происходит его сильное разбрызгивание, то ток сварки нужно уменьшить.

Также при осуществлении сварочных работ инвертором, я всегда рекомендую учитывать полярность. Она бывает прямой и обратной. На обратной полярности нужно сваривать тонкий металл, толщина которого не превышает двух миллиметров.

Прямая полярность подключения инвертора характеризуется большим расплавом металла. По этой причине её применяют в основном для сваривания толстых заготовок.

Диодно-тиристорный выпрямитель со схемой управления для сварочного аппарата

В различных изданиях попадались публикации на данную тему, но положительного результата добиться не удавалось. Дело в том, что если просто подключить к трансформатору диодный или диодно-тиристорный выпрямитель, на выходе получается напряжение с пульсацией 100 Гц. При сварке электродом для постоянного тока это достаточно много. В результате дуга нестабильна и постоянно срывается. Не помогает и установка в разрыв вторичной цепи сглаживающего дросселя. Но когда сварочный аппарат стоит в холодном гараже или под навесом на улице, где температура воздуха зимой опускается до -15. -25°С, и необходимо срочно что-то приварить, достаточно сложное электронное устройство начинает давать сбои.

Поэтому была собрана более простая схема выпрямителя, которая неплохо показала себя даже в зимний период.

Содержание / Contents

↑ Схема

Устройство (рис.1) состоит из сварочного трансформатора (промышленного или самодельного), диодно-тиристорного выпрямителя со схемой управления, сглаживающего конденсатора С1 и дросселя L1.

Фактически — это простой регулятор мощности. Так как питание схемы управления стабилизировано, установленное значение сварочного тока поддерживается довольно стабильно. Из-за наличия в схеме фильтрующих элементов С1 и L1, пульсаций напряжения на выходе практически нет. Дуга держится надежно, и качество шва получается высоким. Схема управления — это фазоимпульсный генератор на аналоге однопереходного транзистора, собранный на двух транзисторах разной проводимости. Питается от вторичной обмотки сварочного трансформатора Т1 через диодный мост VD1 и стабилизатор, образованный стабилитронами VD2, VD3. Их можно заменить одним на соответствующее напряжение стабилизации. Резистор R1 ограничивает ток, протекающий через стабилитроны. В зависимости разных выходных напряжений сварочных трансформаторов приходится подбирать R1 для оптимального тока стабилизации стабилитронов VD2, VD3 и устойчивой работы фазоимпульсного генератора.
Переменным резистором R2 производится регулировка сварочного тока. Он изменяет время заряда конденсатора С1 до напряжения открывания ключа на транзисторах VT1 и VT2.
При желании расширить диапазон регулировки тока (в меньшую сторону), увеличивается сопротивление R2 до 100 kOm. Управление мощными тиристорами VS1, VS2 , производится с помощью
маломощных VS3 и VS4, которые, в свою очередь, запускаются генератором через импульсный трансформатор T2.

↑ Конструкция и детали

В моем варианте выпрямитель с регулятором выполнен отдельным блоком и присоединяется к сварочному аппарату гибкими перемычками примерно 0,5 м длиной. Это более удобно, так как не надо переделывать уже готовый сварочный аппарат, к тому же, можно варить как постоянным, так и переменным током. При таком исполнении выпрямительный блок можно подключать к любому сварочному трансформатору. Диоды и тиристоры установлены на отдельных ребристых радиаторах (рис.2).

Все соединительные перемычки выполнены многожильным медным проводом с контактными клеммами на концах под болтовое соединение. Электронная схема управления выполнена на печатной плате (рис.3), хотя и объемный монтаж, собранный качественно, ничуть не хуже.

Импульсный трансформатор Т2 — марок ТИ-3; ТИ-4; ТИ-5, с коэффициентом трансформации 1:1:1. Его можно намотать самому на ферритовом кольце, например, 32x20x6 МН2000. Все обмотки содержат по 100. 150 витков медного обмоточного провода марки ПЭВ, ПЭЛШО 0,25. 0,3 мм. Перед намоткой сердечник необходимо обмотать слоем лакоткани. Конденсатор С1 набран из 4 конденсаторов по 15000 мкФ с рабочим напряжением не менее 80В. Так как при замыкании и размыкании сварочной цепи и при горящей дуге токи подпитки, протекающие через конденсаторы, очень велики, то соединять конденсаторы необходимо по схеме «звезда» (от одной соединительной клеммы идут 4 провода на вывод «+» каждого конденсатора, и от второй клеммы — также 4 провода на вывод «-» конденсаторов). Сечение каждого провода выбрано таким, чтобы суммарное сечение всех 4 проводов было не меньше сечения питающих силовых кабелей.

При недоборе емкости кондесатора С1, 44000 мкф (два импортных по 22000 мкф на 90 в,) при работе аппарата кондесаторы греются от увеличенных токов (заряд-розряд), при четырех импортных по 22000 мкф на 90 в, при очень длительной работе в режиме сварки немного теплые. Практика показала, что С1 лучше работает из большего количества кондесаторов меньшей емкости.

Дроссель намотан на сердечнике площадью 20. 30см2, с немагнитным зазором 0,5. 1 мм. Количество витков может быть от 25 до 60. 80. Чем больше витков, тем лучше, но ухудшается отвод тепла от внутренних слоев обмотки. Провод для намотки должен иметь сечение, не меньшее площади сечения провода, которым намотана вторичная обмотка трансформатора. Это касается и всех перемычек, которыми сделаны соединения силового блока.

Сварочный ток может достигать 100. 180А, в зависимости от мощности сварочного трансформатора. Это надо учитывать при монтаже.
При болтовом соединении надо соблюдать правило: сварочный ток не должен протекать через болт, если, конечно, он не медный или латунный. Это в основном касается входных и выходных клемм. Один из вариантов, как можно сделать, показан на рис.4.

Корпус выпрямителя желательно изготовить из негорючего материала, но можно даже из фанеры, если позволяет объем и отступить подальше от нагревающихся радиаторов.
В корпусе обязательны вентиляционные отверстия. Ручка регулятора тока устанавливается на корпусе, и вокруг наносится шкала с делениями — для более удобной установки тока. Для удобства регулировки рабочего тока я установил контрольную лампочку накаливания 110 в минимальной мощности по степени которой я ориентировался при установке тока сварки. В качестве предохранителя в первичной цепи трансформатора используется автомат на соответствующий рабочий ток.
Вентилятор для принудительного охлаждения необходимо использовать с достаточно приличной по размерам крыльчаткой. Все это создает условия для безопасной, более надежной работы устройства.

Схема сварочного полуавтомата с регулятором сварочного тока по первичной обмотке.

Вариантов регулирования сварочного тока очень много, есть вариант в тиристорном исполнении по первичной обмотке, тиристорная по вторичной, галетная по первичной и так далее. Мы предоставляем вам свою схему регулирования тока сварочного трансформатора.

Регулировка тока в данной схеме ведется по первичной обмотке, коммутирующим звеном в которой являются реле 71.3747-01 от автомобиля (16 штук)

Рассмотрим принцип работы регулятора тока сварочного трансформатора в данной схеме.

Регулятор состоит из дешевых отечественных микросхем, двух триггеров на микросхеме К155ТМ2, 2 элемента 2И-НЕ на микросхеме К155ЛА3, счетчика на 155ИЕ7 и дешифратора на 155ИД3.

При нажатии кнопок SA1 (Ток «+») и SA2 (Ток «-«) на выходах дешифратора К155ИД3 появляются сигналы, необходимые для срабатывания коммутирующих реле P1. P16 и загораются соответствующие светодиоды, указывающие на какую обмотку сварочного трансформатора, должен подключиться регулятор во время сварки.

Рассмотрим принцип работы блока управления сварочного полуавтомата.

При нажатии кнопки управления срабатывает реле К1. Своими контактами К1.1 включает реле газа и реле К3, которое своими контактами К3.1 подключает один из блоков реле P1. P16, который был выбран кнопками SA1 (Ток «+») и SA2 (Ток «-«).

Контакты К1.2 включают цепь питания двигателя и в это же время контактами К1.3 включает реле К2, которое своими контактами К2.1 отключает цепь питания двигателя на время, заданное конденсатором С20.

В данный момент идет подача газа, включена цепь сварочного трансформатора, проволока не подается. Идет процесс продувки газом.

После разрядки конденсатора С20, реле К2 своими контактами К2.1 подключает цепь питания двигателя.

В данный момент идет подача газа, включена цепь сварочного трансформатора, двигатель подачи проволоки работает. (Идет процесс сварки)

При отпускании кнопки управления отключается реле К1 контактами К1.2 разрывает цепь питания двигателя, контактами К1.1 мгновенно тормозит двигатель подачи проволоки и отключает реле К3 и реле подачи газа. Реле К3 и реле газа в этот момент остаются включены до момента разряжения конденсатора С19.

В данный момент идет подача газа и ток сварки включен, подача сварочной проволоки прекращена. Идет процесс продувки.

После разрядки конденсатора С19 реле газа и реле К3 (отвечающее за подключение тока сварки) отключаются.

В это время процесс сварки остановлен.

Если объяснить простыми словами весь процесс, то выглядит вот так:

При нажатии кнопки управления подается газ и подключается ток сварки, после разряда конденсатора С20 включается механизм подачи проволоки и идет процесс сварки. После отжатия кнопки управления отключается подача проволоки и через время заданное конденсатором С19 отключается ток сварки и подача газа.

Настройка:

Регулятор сварочного тока при исправных деталях и правильном монтаже, не нуждается в настройке и как правило начинает работать сразу.

Кнопки SA1 (Ток «+») и SA2 (Ток «-«) обычные ПМ22

Настройка блока управления сварочного полуавтомата сводится к подбору емкости конденсаторов С19 и С20. Опытным путем подбираем время удержания реле К2, К3 и клапана газа, которое колеблется в пределах от 1.. 3 сек.

Резистором R29 регулируется скорость подачи сварочной проволоки сварочного аппарата.

Сварочный трансформатор можно намотать так, как это сделано в этой статье Делаем тороидальный сварочный трансформатор и рассчитать так как написано здесь Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата, сварочного аппарата.

Так как ступеней регулирования трансформатора 16, нужно при намотке трансформатора сделать 16 отводов от первичной обмотки с тем условием, что бы на вторичной обмотке напряжение менялось с шагом 1 вольт, от 14 до 30 вольт.

Многие скажут, автомобильное реле да еще в первичной обмотке трансформатора-чушь...

Скажем вам прямо, не чушь. Берем мощность трансформатора 3000 ватт, напряжение в сети 220 вольт.. 3000/220=14 А это максимальный ток, который может протекать через первичную обмотку сварочного трансформатора при данной мощности.

Автомобильное реле дальнего света от ВАЗ выдерживает нагрузку от 30 А до 70 А, что в разы больше чем номинальная мощность трансформатора. Отсюда следует, что автомобильные реле имеют запас прочности и могут использоваться в конструкциях данного типа.

Настоятельно не рекомендуем использовать реле коммутирующее цепь стартера рассчитанное на 70А, так как режим работы в нем кратковременный, то есть обмотка реле сильно греется и может перегореть при интенсивном использовании сварочного аппарата.

P.S. Конечно в данной схеме сварочного полуавтомата в качестве регулятора сварочного тока можно использовать мощный галетный переключатель (еще найти нужно), подсоединить к нему кучу проводов (кстати не дешевые) и щелкать как черно белый телевизор «Рекорд».

Это не является приоритетом в данной статье.

Конечно это ваше дело и вам решать, но согласитесь на сколько приятней легким нажатием кнопок регулировать сварочный ток. Это и есть преимущество данной схемы.