Главная » Статьи » Сварка

Регулировка сварочного тока

Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока. Многие самодель­ные сварки до поры до времени эксплуатируются без каких-либо ре­гулирующих устройств. Однако изменение тока рано или поздно на­верняка понадобится при переходе на более тонкие электроды. Даже если аппарат предполагается эксплуатировать только с одним типом электрода, то и в этом случае не исключена потребность в подстрой­ке тока, скажем, из-за флуктуаций напряжения в сети.

Существуют различные способы регулировки тока сварочных трансформаторов. Легче всего, еще при намотке обмоток, сделать их с отводами и, переключая количество витков, изменять ток. Однако использовать такой способ можно разве что для подстройки тока, не­жели для его регулировки в широких пределах. Ведь, чтобы умень­шить ток в 2...3 раза, придется слишком увеличивать количество витков первичной обмотки, что неизбежно приведет к падению на­пряжения во вторичной цепи. Либо же придется наращивать витки всех катушек, что приведет к чрезмерному расходу провода, увели­чению габаритов и массы трансформатора.

В промышленных аппаратах используются разные способы регу­лировки тока: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов; изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования и др.; применение магазинов актив­ных балластных сопротивлений и реостатов; использование тири- сторных, симисторных и других электронных схем регулирования мощности. Большинство промышленных схем регулирования мощ­ности слишком сложны для полноценной реализации на самодель­ных трансформаторах. Мы рассмотрим лишь их упрощенные, реаль­но используемые в самодельном исполнении способы.

Широкое распро­странение в народе получил очень простой и надежный способ регули­ровки тока — с помощью включенного на выходе вторичной обмотки балластного сопротивления. Способ не только прост и надежен, но к тому же полезен, так как улучшает внешнюю характеристику транс­форматора, увеличивая крутизну ее падения. В некоторых случаях балластные сопротивления применяются сугубо для исправления же­сткой характеристики источника питания дуги", и добиться этого мож­но только таким способом.

Регулировка сварочного тока    Рис.1
Регулировка сварочного тока    Рис.2
Величина балластного ( сопротивления составляет порядка со­тых — десятых долей ома и подбирается, как правило, эксперимен­тально. Для этих целей издавна применяются мощные проволочные сопротивления, использовавшиеся в подъемных кранах, троллейбу­сах, или отрезки спиралей ТЭНов (теплоэлектронагреватель), куски толстой высокоомной проволоки. Несколько уменьшить ток можно даже с помощью растянутой дверной пружины из стали.
Балластное сопротивление может включаться стационарно (рис.1) или так, чтобы потом можно было относительно легко выбрать нужный ток. Один конец такого сопротивления подключается к выходу трансфор­матора, а конец провода «массы» оборудуется съемным зажимом, ко­торый легко перебрасывается по длине спирали сопротивления, вы­бирая нужный ток (рис. 2).

Большинство проволочных резисторов большой мощности изго­товлены в виде открытой спирали, установленной на керамический каркас длиной до полуметра, как правило, в спираль смотана и прово­лока от ТЭНов. Если резистор изготовлен из магнитных сплавов, то в случае его спиральной компоновки, а тем более с какими-либо сталь­ными элементами конструкции внутри спирали, при прохождении больших токов спираль начинает сильно вибрировать. Ведь спи­раль — это тот же соленоид, а огромные сварочные токи порождают мощные магнитные поля. Уменьшить влияние вибраций можно, рас­тянув спираль и зафиксировав ее на жесткой основе. Кроме спирали, проволоку можно сгибать также змейкой, что тоже уменьшает разме­ры готового резистора. Сечение токопроводящего материала резисто­ра следует подбирать побольше, потому что при работе он сильно греется. Слишком тонкая проволока или лента будет раскаляться до­красна, хотя даже этот артефакт в принципе не исключает эффектив­ность использования ее в качестве балластного сопротивления. О ре­альном значении сопротивления балластных проволочных резисто­ров судить трудно, так как в нагретом состоянии свойства материалов сильно меняются.

Регулировка сварочного тока
Промышленностью для сварочных источников тока выпускаются (или выпускались) специальные магазины сопротивлений с переклю­чателями и мощные реостаты. К недостаткам такого рода регулиров­ки надо отнести громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении. Но зато балластные сопротив­ления, обладая часто грубой и примитивной конструкцией, улучша­ют внешнюю характеристику трансформатора, сдвигая ее в сторону крутопадающей. Попадаются трансформаторы, которые без балласт­ного сопротивления работают вообще крайне неудовлетворительно.

Рис.3 (R1.1... R2.1... ПЭВ-100)

В промышленных аппаратах способ регулировки тока с помощью включения активных сопротивлений, из-за их громоздкости и нагре­ва, не получил распространения. Зато очень широко применяется ре­активное шунтирование — включение во вторичную цепь дросселя. Дроссели имеют разнообразные конструкции, часто объединенные с магнитопроводом трансформатора в одно целое, но сделаны так, что их индуктивность, а значит, реактивное сопротивление регулирует­ся, в основном, перемещением частей магнитопровода. Заодно дрос­сель улучшает процесс горения дуги. Из-за конструктивной сложно­сти дроссели во вторичной цепи самодельных сварочных трансфор­маторов не применяются.

Регулировка тока во вторичной цепи Сварочного трансформатора в случае самодельных конструкций связана с определенными про­блемами. Через регулирующие устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости. Другое неудобство — пере­ключение. Для вторичной цепи практически невозможно подобреть столь мощные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали
ток до 200 А. Другое дело — цепь первичной обмотки, где токи при­мерно в пять раз меньше, переключатели для которых являются шир­потребом. Последовательно с первичной обмоткой, так же, как и в предыдущем случае, можно включать балластные сопротивления. Только в этом случаи сопротивление резисторов должно быть на по­рядок большим, чем в цепи вторичной обмотки. Так, батарея из не­скольких параллельно соединенных резисторов ПЭВ-50...100 сум­марным сопротивлением 6...8 Ом способна понизить выходной ток вдвое, а то и втрое, в зависимости от конструкции трансформатора. Можно собрать несколько батарей и установить переключатель. Ес­ли же в распоряжении нет мощного переключателя, то можно обой­тись несколькими выключателями. Установив резисторы по схеме (рис. 3), можно, например, добиться комбинации: 0; 4; 6; 10 Ом. Правда, при включении балластного сопротивления по первичной цепи теряется выгода, которую придает сопротивление во вторич­ной, — улучшение падающей характеристики трансформатора. Но зато и к каким-либо отрицательным последствиям в горении дуги включенные по высокому напряжению резисторы не приводят: если трансформатор хорошо варил без них, то с добавочным сопротивле­нием в первичной обмотке он варить будет.

В режиме холостого хода трансформатор потребляет небольшой ток, а значит, его обмотка обладает значительным сопротивлением. Поэтому дополнительные несколько Ом практически никак не ска­зываются на выходном напряжении холостого хода.

Вместо резисторов, которые при работе будут сильно греться, в цепь первичной обмотки можно установить реактивное сопротивле­ние — дроссель. Эту меру следует рассматривать скорее как выход из положении, если никаких других средств понижения мощности не имеется. Включение реактивного сопротивления в цепь высокого на­пряжения может сильно понижать выходное напряжение холостого хода трансформатора. Падение выходного напряжения наблюдается у трансформаторов с относительно большим током холостого хо­да — 2...3 А. При незначительном потреблении тока — порядка 0,1 А — падение выходного напряжения почти незаметно. Кроме то­го, включенный с первичной обмоткой дроссель может приводить к некоторому ухудшению сварочных характеристик трансформатора, хотя и не настолько, чтобы его нельзя было эксплуатировать. В по­следнем случае все еще сильно зависит от свойств конкретного трансформатора. Для некоторых трансформаторов включение в пер­вичную цепь дросселя никак не сказывается, по крайней мере соглас­но субъективным ощущениям, на качестве горения дуги.

Регулировка сварочного тока
Рис.4
В качестве дросселя, для гашения мощности, можно использовать готовую вторичную обмотку какого-нибудь трансформатора, рассчи­танного на выход около 40 В и мощностью 200. ..300 Вт, тогда ничего переделывать не придется. Хотя все же лучше намотать дроссель спе­циально на отдельном каркасе от такого же трансформатора — 200...300 Вт, например от телевизора, сделав отводы через каждые 30...60 витков, подключенные к переключателю (рис.4). Дроссель можно изготовить и на незамкнутом — прямом сердечнике. Это удоб­но, когда уже есть готовая катушка с несколькими сотнями витков подходящего провода. Тогда внутрь нее надо набить пакет прямых пластин из трансформаторного железа.

Необходимое реактивное со­противление выставляется подбором толщины пакета, ориентируясь по сварочному току трансформатора. Для примера: дроссель, изготов­ленный из катушки, содержащей предположительно около 400 витков провода диаметром 1,4 мм, был набит пакетом железа с общим сече­нием 4,5 м2, длиной, райной длине катушки, 14 см. Это позволило уменьшить сварочный ток трансформатора 120 А примерно в два раза. Дроссель такого типа можно сделать и с регулируемым реактив­ным сопротивлением. Для этого можно менять глубину ввода стерж­ня сердечника в полость катушки. Катушка без сердечника обладает ничтожным сопротивлением, при полностью введенном стержне ее сопротивление максимально. Дроссель, намотанный подходящим проводом, мало греется, но у него сильно вибрирует сердечник. Это надо учитывать при стяжке и фиксации набора пластин железа.

В последнее время некоторое распростране ние получили тиристорные и симисторные схе мы регулировки мощности. Тиристор — полупроводниковый прибор (внешне похож на диод), имеющий отдельный управляющий вывод, ток через тиристор протекает только в одном направлении. Симисторы отличаются тем, что могут пропускать пе­ременный ток, то есть в оба направления. Симистор можно предста­вить в виде двух параллельно включенных в разных направлениях тиристоров. При подаче на управляющий вывод тиристора или сими- стора напряжения определенной величины прибор открывается и на­чинает свободно пропускать через себя ток. В схемах регулирования мощности, работающих от переменного тока, управляющие импуль­сы обычно поступают на каждом полупериоде. Прибор открывается в строго определенные (задаваемые) моменты времени, обрезая та­ким образом начало каждого полупериода синусоиды тока, что уменьшает суммарную мощность проходящего электрического сиг­нала, притом до какого-то момента (50% мощности) это не влияет на уровень максимальной амплитуды его напряжения.

В случае сварочных трансформаторов один симистор может включаться в цепь первичной или вторичной обмотки. Тиристоры же обычно используются в паре, для регулирования тока в обоих на­правлениях. Регулирование мощности происходит способом перио­дического отключения, на фиксированный промежуток времени первичной или вторичной обмотки сварочного трансформатора на каждом полупериоде тока— среднее значение тока при этом умень­шается. Естественно, ток и напряжение после этого не имеют сину­соидальную форму. Такие схемы позволяют регулировать мощность в широких пределах. Человек, разбирающийся в радиоэлектронике, сможет изготовить подобную схему самостоятельно, хотя, надо ска­зать, устройства такого рода нельзя признать совершенными.

В разных журналах можно встретить множество очень простых схем с тем же принципом работы, состоящих всего из нескольких де­талей. Предназначены они в основном для регулировки накала лам­почек и электронагревательных приборов. В качестве регуляторов мощности для сварочных трансформаторов некоторые из этих схем можно использовать, однако придется мириться со следующими не­достатками. У большинства из них шкалы не линейны, а калибровка меняется с изменением напряжения сети, ток через тиристор посте­пенно увеличивается во время работы из-за нагрева элементов схе­мы. Кроме того, обычно заметно гасится выходная мощность даже при максимальном положении отпирания регулятора, к чему свароч­ные трансформаторы очень чувствительны.

Часто возникает соблазн использовать в схеме симистор средней мощности, подключив регулирующее устройство к первичной ка­тушке трансформатора, где токи гораздо меньше, чем во вторичной цепи. Конструкция схемы тогда практически не изменится, по срав­нению с взятым из журнала ее сетевым прототипом общего назначе­ния. В принципе, сделать такое можно, даже некоторые промышлен­ные сварочные аппараты оборудованы подобными устройствами ре­гулировки тока. Однако не удивляйтесь, если при подключении симисторной схемы к первичной обмотке трансформатор начинает стучать уже на холостом ходу. Стук этот слышен в прямом смысле слова, причем у сварочных трансформаторов, до того работавших практически бесшумно. Это и неудивительно, ведь при каждом отпи­рании симистора происходит мгновенное нарастание напряжения, вызывающего мощные кратковременные импульсы ЭДС самоиндук­ции и скачки потребляемого тока. Промышленные аппараты, намо­танные толстым проводом в надежной изоляции, переносят этот изъ­ян питания без каких-либо последствий. Для хилых самодельных конструкций я бы нё рекомендовал использовать симистор по пер­вичной обмотке ввиду возможности ее быстрого разрушения.

Для самодельных конструкций имеет смысл использовать сими- сторный или тиристорний регуляторы в цепи вторичной обмотки. Это избавит трансформатор о,т лишних нагрузок. Для этого подойдет почти та же схема, но с более мощным прибором. Хотя надо сказать, что при использовании регуляторов данного типа процесс горения дуги несколько ухудшается. Ведь теперь при уменьшении мощности дуга начинает гореть отдельными, все более кратковременными вспышками. Такой способ регулировки тока, из-за сложности изго­товления и невысокой надежности, не получил распространения у основной массы самодельных сварочных аппаратов. Хотя, с другой стороны, нельзя закрывать глаза и на неоспоримые преимущества, получаемые при использовании электронных полупроводниковых элементов регулирования. К преимуществам можно отнести: воз­можность плавной, удобной регулировки сварочного тока с помо­щью движка переменного резистора; ток можно регулировать даже в процессе горения дуги; отсутствие сильного нагрева элементов, а значит, и возможность их монтажа внутри закрытого корпуса; отно­сительная компактность конструкции.


Рис.5
Ввиду ограничений максимального тока для большинства сими- сторов, их можно использовать разве что в маломощных сварочных аппаратах. Тиристоры обычно выдерживают большие токи, нежели симисторы. Поэтому для типичного сварочного трансформатора по­дойдет схема с двумя тиристорами, работающими параллельно в раз­ных направлениях.

В качестве достаточно простого решения тиристорного регулято­ра мощности я могу рекомендовать следующую схему (рис.5). Устройство не только позволяет плавно регулировать ток сварочно­го трансформатора в широких пределах, но и одновременно являет­ся выпрямителем, выдавая на выходе постоянное пульсирующее на­пряжение.

К регулирующему устройству подключаются две обмотки транс­форматора. К выводам 1 и 2 подходит слаботочное переменное на­пряжение 40 В, предназначенное для питания схемы управления. Ис­пользовать для этих целей выход силовой обмотки сварочного транс­форматора нельзя, так как в момент зажнгання дугн напряжение на ней падает более чем в два раза, а в момент короткого замыкания поч­ти до нуля. Поэтому сварочный трансформатор потребует несложной доработки — придется домотать дополнительную обмотку с выходом на 40 В. Для этого подойдет любой провод диаметром не менее 0,35 мм. На выводы 3 н 4 поступает напряжение с основной, вторич­ной сварочной катушкн, ток в цепн которой н будет регулироваться.

Переменное напряжение, поступающее на выходы 1 н 2, переза­ряжает конденсатор С1 в каждый полупернод, время заряда регули­руется переменным резистором R2. К выводам С1 подключена цепь, состоящая из элементов: R3, VD5, VD6, управляющих переходами тнрнсторов VS1, VS2 с развязывающими диодами VD3, VD4. На диннсторах VD5, VD6 собрано пороговое устройство с ограничиваю­щим ток разряда конденсатора резистором R3.

Как только напряжение на конденсаторе С1 увеличится до поро­гового уровня, он разрядится через однн нз днннсторов н управляю­щий переход одного из тиристоров, в зависимости от полярности по- лупернода. При этом тирнстор откроется и будет пропускать ток К сварочной дуге до смены полярности на следующем полуперноде. Таким образом, тнрнсторы на каждом полупериоде по очереди будут открываться н закрываться. Открываться онн будут с постоянной за­держкой во времени относительно начала полупериода, что задается сопротивлением R2. Поэтому часть сннусонды на каждом полупе­рноде будет отсекаться, чем н достигается регулирование мощности.

Переменным резистором R2 можно плавно регулировать ток сваркн или же нагрузки, начиная практически с нулевого значения и до максимального значения. Так как при сварке обычно не использу­ются токи ннже 50 А, то сопротивление резистора R2 нужно подоб­рать таким образом, чтобы при установке его максимального сопро­тивления сварочный ток находился в пределах 40...50 А. Хотя для некоторых способов сварки могут понадобиться и меньшие значений тока. Также требуется учитывать свойства и выходную мощность конкретного сварочного трансформатора.

В пороговом устройстве пару динисторов VD5, VD6 при необхо­димости можно заменить одним подстроенным резистором с сопро­тивлением несколько сот Ом и отрегулировать порог срабатывания' вручную.

Переменный резистор R2 должен быть рассчитан на мощность не менее 2 Вт. В качестве диодов VD3, VD4 можно использовать любые выпрямительные дноды с максимальным током не менее 1 А н на­пряжением не ниже 100 В, например: КД212, КД226 с любыми бук­венными индексами, КД243 (все, кроме А). Тирнсторы VS1, VS2 н выпрямительные дноды VD1, VD2 должны быть установлены на ра­диаторах, нх марки подбираются нз расчета на максимальный ток сварочного трансформатора, наиболее распространенные тнпы ука­заны на схеме. Радиаторы тнрнсторов н днодов должны крепиться через изолирующие прокладки, так как нх корпуса находятся под на­пряжением.

В сварочном оборудовании можно также комбинировать регуля­торы нлн ограннчнтелн тока разных типов. Так, например, можно ис­пользовать переключение витков первичной обмотки в комбинации с подключением добавочного сопротивления или по-другому.




Категория: Сварка | Добавил: Виктор (14.12.2012)
Просмотров: 26981 | Теги: сварочный ток | Рейтинг: 3.9/10

Получить прайс


Яндекс.Метрика
города Новокузнецк, Кемерово Бесплатные объявления Казахстана - Freeads.kz