Оглавление

 1.   Принципы конструирования самодельных сварочных аппаратов

1.1. Общие сведения
1.2. Выбор типа сердечника
1.3. Выбор провода обмоток
1.4. Особенности намотки обмоток
1.5. Настройка сварочного аппарата
1.6. Технологические рекомендации и меры безопасности

     2.   Переносной сварочный аппарат на основе ЛАТРа

2.1. Особенность конструкции
2.2. Доработки ЛАТРа

     3.   Сварочный аппарат из трехфазного трансформатора

3.1. Детали

     4. Держатель электродов

4.1. Держатель электродов из трубы
4.2. Держатель электродов из стальных уголков

     5. Электронный регулятор тока для сварочного трансформатора

 6. Сварочный аппарат из сгоревшего электродвигателя.

1. Принципы конструирования
     самодельных сварочных аппаратов.

1.1. Общие сведения.  

      В зависимости от используемого для сварки типа тока, различают сварочные аппараты постоянного и переменного тока. Сварочные аппараты с использованием малых постоянных токов применяют при сварке тонколистового металла, в частности, кровельной и автомобильной стали. Сварочная дуга в этом случае более устойчива и при этом сварка может происходить как на прямой, так и на обратной полярности, подаваемого постоянного напряжения. На постоянном токе можно варить электродной проволокой без обмазки и электродами, которые предназначены для сваривания металлов при постоянном или переменном токе. Для придания горения дуги на малых токах желательно иметь на сварочной обмотке повышенное напряжение холостого хода 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 мм² намотанную на  сердечнике, например, от понижающего трансформатора ОСО-12, или более мощного. Чем больше сечение железа сглаживающего дросселя, тем менее вероятность того, что его магнитная система войдет в насыщение. При вхождении магнитной системы в насыщение при больших токах (например при резке) индуктивность дросселя скачкообразно уменьшается и соответственно сглаживание тока происходить не будет. Дуга при этом будет гореть неустойчиво. Конденсатор С1 представляет собой батарею конденсаторов типа МБМ, МБГ или им подобных емкостью 350-400 мкФ на напряжение не ниже 200 В

     Характеристики мощных диодов и их импортных аналогов можно посмотреть в справочнике. Или по ссылке можно скачать справочник по диодам из серии «В помощь радиолюбителю № 110» Для выпрямления и плавного регулирования сварочного тока используют схемы на мощных управляемых тиристорах, которые позволяют изменять напряжение от 0,1_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 =KK₁*d_э , где I_св  - величина сварочного тока, А;  K₁=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.

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, см².

    Как показывает практика, не следует выбирать минимальные значения S=25..35 см², 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 см². 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:

1 - сердечник автотрансформатора до перемотки;
2- сердечник после перемотки.

    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 см². 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 P₂=I_св*U_св. Если сварка ведется электродом dэ=4 мм, при токе 130...160 А, то мощность вторичной обмотки составит: Р₂=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 S₁ должна быть не менее 5..6 мм².  На практике площадь сечения провода желательно взять несколько больше, 6...7 мм². 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*D²)/4 или S=3,14*R²; 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:

W₁=(k₂*S)/U₁, где k₂ - постоянный коэффициент,   S - площадь сечения ярма в см² 

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 W₂.  Вторичная обмотка W₂ 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).

Клеммный болт  1. корпус СА 2. шайбы 3. клеммный болт 4. гайка 5. медный наконечник с проводом

    Страница  1,  2,  3