Тиристорная схема регулятора тока для сварочного аппарата

Тиристорная схема регулятора тока для сварочного аппарата

• 11 июля
• 2981 просмотров
• комментариев
• 53 рейтинг

В этом материале рассмотрим способы регулировки сварочного тока. Схемы регуляторов тока для сварочного аппарата разнообразны. Они имеют свои достоинства и недостатки. Постараемся помочь читателю выбрать регулятор тока для сварочного аппарата.

Схема сварочного аппарата.

Общие понятия

Общеизвестен принцип дуговой сварки. Освежим в памяти основные понятия. Чтобы получить сварочное соединение, необходимо создать дугу. Электрическая дуга возникает при подаче напряжения между сварочным электродом и поверхностью свариваемого материала. Ток дуги расплавляет металл, образуется расплавленная ванна между двумя торцами. После остывания шва получаем крепкое соединение двух металлов.

Схема дуговой сварки.

В России переменный ток регламентирован частотой 50 Гц. Питание для сварочного аппарата подается от сети фазным напряжением 220 В. Сварочные трансформаторы имеют две обмотки: первичную и вторичную. Вторичное напряжение трансформатора составляет 70 В.

Разделяют ручной и автоматический режим сварки. В условиях домашней мастерской сварку проводят в ручном режиме. Перечислим параметры, которые изменяют в ручном режиме:

• сила тока сварки;
• напряжение дуги;
• скорость сварочного электрода;
• количество проходов на шов;
• диаметр и марка электрода.

Правильный выбор и поддержание на протяжении сварочного процесса необходимых параметров являются залогом качественного сварного соединения.

При проведении ручной дуговой сварки необходимо грамотно распределять ток. Это позволит выполнить качественный шов. Стабильность дуги напрямую зависит от величины сварочного тока. Специалисты подбирают ее исходя из диаметра электродов и толщины свариваемых материалов.

Типы регуляторов тока

Принципиальная электрическая схема регулятора постоянного тока.

Существует больше количество способов изменения силы тока во время проведения сварочных операций. Еще больше разработано принципиальных электрических схем регуляторов. Способы управления сварочным током могут быть следующие:

• установка пассивных элементов во вторичной цепи;
• переключение числа витков обмоток трансформатора;
• изменение магнитного потока трансформатора;
• регулировка на полупроводниках.

Следует знать преимущества и недостатки разных методов регулировки. Назовем характерные особенности указанных типов.

Резистор и дроссель

Первый тип регулировки считается самым простым. В сварочную цепь включают последовательно резистор или дроссель. В этом случае изменение силы тока и напряжения дуги происходит за счет сопротивления и, соответственно, падения напряжения. Умельцы оценили простой и эффективный способ регулировки тока – включение сопротивления во вторичную цепь. Устройство несложное и надежное.

Изменение величины тока с помощью резистора.

Добавочные резисторы используются для смягчения вольт-амперной характеристики источника питания. Изготавливают сопротивление из толстой (диаметром 5-10 мм) проволоки из нихрома. В качестве пассивного элемента применяются мощные проволочные сопротивления.

Для регулировки тока вместо сопротивления ставят и дроссель. Благодаря введению индуктивности в цепь дуги переменного тока наблюдается сдвиг фаз тока и напряжения. Переход тока через нуль происходит при высоком напряжении трансформатора, что повышает надежность повторного зажигания и устойчивость горения дуги. Режим сварки становится мягкий, в результате чего получаем равномерный и качественный шов.

Этот способ нашел широкое распространение благодаря надежности, доступности в изготовлении и низкой стоимости. К недостаткам отнесем малый диапазон регулирования и сложность в перестройке параметров. Сделать такую конструкцию по силам каждому. Часто применяют трансформаторы типа ТС-180 или ТС-250 от старых ламповых телевизоров, с которых убирают первичные и вторичные обмотки и наматывают дроссельную обмотку с требуемым сечением. Сечение алюминиевого провода составит порядка 35-40 мм, медного – до 25 мм. Количество витков будет находиться в диапазоне 25-40 штук.

Переключение числа обмоток

Регулировка напряжения осуществляется изменением числа витков обмотки. Так изменяется коэффициент трансформации. Регулятор сварочного тока прост в эксплуатации. Для такого способа регулировки необходимо сделать отводы при намотке. Коммутация проводится переключателем, выдерживающим большой ток и сетевое напряжение. Недостатки переключения витков: трудно найти коммутатор, выдерживающий нагрузку в пару сотен ампер, небольшой диапазон регулировки тока.

Магнитный поток сердечника

Влиять на параметры тока можно магнитным потоком силового трансформатора. Регулирование силы сварочного тока производят за счет подвижности обмоток, изменения зазора или введения магнитного шунта. При сокращении или увеличении расстояния магнитные потоки двух обмоток меняются, в результате чего сила тока тоже будет изменяться. Способ магнитного потока практически не используется из-за сложности изготовления трансформаторного сердечника.

Полупроводники в схеме регулировки тока

Рисунок 1. Схема регулятора сварочного тока.

Полупроводниковые приборы совершили настоящий прорыв в сварочном деле. Современная схемотехника позволяет использовать мощные полупроводниковые ключи. Особенно распространены тиристорные схемы регулировки сварочного тока. Применение полупроводниковых приборов вытесняет неэффективные схемы управления. Данные решения повышают пределы регулировки тока. Габаритные и тяжелые сварочные трансформаторы, содержащие огромное количество дорогой меди, заменены на легкие и компактные.

Электронный тиристорный регулятор – это электронная схема, необходимая для контроля и настройки напряжения и силы тока, которые подводятся к электроду в месте сварки.

Для примера рассмотрим регулятор на тиристорах. Схема регулятора сварочного тока представлена на рис. 1.

В основу схемы положен принцип фазового регулятора тока.

Регулировка осуществляется подачей управляющего напряжения на твердотельные реле – тиристоры. Тиристоры VS1 и VS2 открываются поочередно при поступлении сигналов на управляющие электроды. Напряжение питания схемы формирования управляющих импульсов снимается с отдельной обмотки. Далее преобразуется в постоянное напряжение диодным мостом на VD5-VD8.

Положительная полуволна заряжает емкость С1. Время заряда электролитического конденсатора формируется резисторами R1, R2. Когда напряжение достигнет необходимой величины (более 5,6 В), происходит открытие динистора, образованного стабилитроном VD6 и тиристором VS3. Далее сигнал проходит через диод VD3 или VD4. При положительной полуволне открывается тиристор VS1, при отрицательной – VS2. Конденсатор С1 разрядится. После начала следующего полупериода тиристор VS1 закрывается, происходит зарядка емкости. В этот момент открывается ключ VS2, который продолжает подачу напряжения на электрическую дугу.

Наладка сводится к установке диапазона сварочного тока подстроечным сопротивлением R1. Как видим, схема регулировки сварочного тока довольно-таки проста. Доступность элементной базы, простота наладки и управления регулятора допускают изготовление такого сварочного аппарата самостоятельно.

Инверторные сварочные аппараты

Устройство инверторного сварочного аппарата.

Особое место среди сварочного оборудования занимают инверторы. Инверторный сварочный аппарат – это устройство, которое способно обеспечить устойчивое питание сварочной дуги. Малые габариты и небольшой вес придают аппарату мобильность. Сильной стороной инвертора является возможность применять электроды переменного и постоянного тока. Сварка позволяет стыковать цветные металлы и чугун.

Главные преимущества использования инвертора:

• защита от нагрева деталей;
• устойчивость к возмущениям сети;
• независимость от колебаний и перегрузок по току;
• независимость от перепадов промышленной сети;
• способность скреплять цветной металл;
• стабильность сварочного тока;
• качественный шов;
• ровное горение дуги;
• малый вес и габариты.

К недостаткам сварочных инверторов относят высокую стоимость. Электронные детали следует оберегать от воздействия влаги, пыли, жары и сильных морозов (ниже 15 о С).

Инверторное сварочное оборудование сегодня присутствует практически во всех слесарных и авторемонтных мастерских.

Pereosnastka.ru

Источники тока для питания сварочной дуги
Источники тока для питания сварочной дуги

Для питания сварочной дуги применяются специальные источники тока, отвечающие определенным техническим требованиям. Для оценки источников тока важное значение имеет так называемая внешняя характеристика, выражающая зависимость напряжения на зажимах источника тока от нагрузки, т. е. от силы тока, отдаваемой источником U = / (I). Эта зависимость обычно выражается графически.

Источники тока для обычных целей, например, освещения, питания электродвигателей и т. д., имеют внешнюю характеристику, более или менее приближающуюся к прямой, параллельной оси абсцисс, по которой откладываются токи (рис. 1, а). Такая форма внешней характеристики необходима потому, что обычные потребители тока требуют для нормальной работы постоянства напряжения питающей сети, независимо от изменений нагрузки.

Другие требования к источнику тока предъявляются при горении сварочной дуги. При постоянном напряжении источника тока горящая дуга будет непрерывно разрастаться, сила тока в ней будет неограниченно увеличиваться, пока не сработают предохранительные устройства или разрушатся проводники цепи. Устойчивое горение дуги возможно лишь при падающей внешней характеристике источника тока, при которой напряжение на зажимах будет снижаться с увеличением нагрузки и возрастать с ее уменьшением (рис. 1, б). Наличие падающей внешней характеристики делает возможным устойчивое горение дуги при определенной постоянной силе тока.

Таким образом, для питания сварочной дуги более всего подходит источник тока с крутопадающей внешней характеристикой, что можно признать основным и главным требованием к источнику сварочного тока. Источник тока должен обеспечивать достаточную устойчивость дуги, что зависит от его динамических свойств. Для обычных сварочных установок из соображений безопасности максимальное напряжение источника не должно превышать 90 в для переменного и 100 в для постоянного тока. Источник сварочного тока должен иметь удобную и достаточную регулировку — плавную или ступенчатую, с необходимым числом ступеней. Кроме того, источник тока должен отвечать общим требованиям для электрических машин и аппаратов.

Сварочная дуга может питаться постоянным и переменным током. Долгое время считалось, что качественная сварка может быть выполнена лишь дугой постоянного тока и что переменный ток для сварки является лишь неполноценным заменителем. На многочисленных советских заводах, в лабораториях и отдельными исследователями неопровержимо доказано, что переменный ток наравне с постоянным током пригоден для питания сварочной дуги с плавящимся электродом.

Современные заводы, как правило, снабжаются переменным трехфазным током. Поэтому целесообразно производить сварку непосредственно переменным током, не преобразуя его предварительно в постоянный ток. Против переменного тока выдвигались следующие основные возражения: так как мгновенные значения переменного тока периодически проходят через нуль (100 раз в секунду), дуга неременного тока будет недостаточно устойчива. В дуге же постоянного тока можно регулировать распределение тепла, меняя полярность; при переменном токе эта возможность теряется.

Многолетний опыт показал, что при современных электродах с хорошей обмазкой устойчивость дуги вполне достаточна как при постоянном, так и при переменном токе. Устойчивость дуги переменного тока может быть повышена, например, за счет некоторого увеличения напряжения холостого хода сварочного трансформатора. В большинстве случаев распределение тепла в сварочной дуге переменного тока вполне удовлетворяет требованиям сварочной техники и позволяет получать безупречные результаты сварки.

При сварке переменным током имеются даже некоторые преимущества, например практически полностью отсутствует магнитное дутье, в то время как при сварке постоянным током магнитное дутье часто заметно мешает работе (магнитное дутье выражается в отклонении дуги магнитными полями и ферромагнитными массами).

Регулировка тока сварочной дуги

Требования к источникам питания. Электрическая дуга по своему характеру отличается от других потребителей электрической энергии. Особенности сварочной дуги предъявляют специфические требования к питающим ее источникам электрического тока. Для обеспечения легкого зажигания дуги напряжение холостого хода должно быть в 2—3 раза выше напряжения дуги, и в то же время оно должно быть безопасным для сварщика при условии выполнения им необходимых правил. При замыкании сварочной цепи в момент касания электрода с изделием возникает короткое замыкание, вызывая резкое увеличение сварочного тока,что может привести к загоранию сварочных проводов. Поэтому источник питания должен ограничивать силу тока короткого замыкания. Изменения напряжения дуги, происходящие вследствие изменения ее длины, не должны вызывать существенного изменения силы сварочного тока, а следовательно, изменения теплового режима сварки. Время восстановления напряжения от нуля до рабочего после короткого замыкания не должно превышать 0,05 с, что обеспечивает устойчивость дуги. Источник питания должен иметь устройство для регулирования сварочного тока.

Устойчивое горение дуги и стабильность режима сварки зависят от условий существования дугового разряда, свойств и параметров источника питания. Основным параметром источника питания является его внешняя статическая вольтамперная характеристика, которая выражает зависимость между напряжением на зажимах источника и сварочным током. Источники питания могут иметь крутопадающую, пологопадающую, жесткую характеристику (рис. 11). В зависимости от способа сварки источник тока выбирают по типу внешней характеристики. Для ручной электродуговой сварки применяют источники с падающей внешней характеристикой, у которых при коротком замыкании напряжение снижается до нуля, что не дает расти силе тока короткого замыкания, а при возбуждении дуги, когда ток очень мал, на дуге обеспечивается повышенное напряжение. Источники питания с падающей внешней характеристикой позволяют удлинять дугу в разумных пределах, не боясь ее быстрого обрыва, или уменьшать ее без чрезмерного увеличения тока.

Рис. 11. Внешние характеристики источника питания
1 — крутопадающая; 2 — пологопа-дающая; 3 — жесткая; 4 — возрас тающая

Рис. 12. Электрическая принципиальная схема трансформатора ТДМ-401У2
С — фильтр защиты от радиопомех; К — переключатель диапазонов токов; — обмотка первичная;

Источники питания переменного тока. Такими источниками являются сварочные трансформаторы, преобразующие электрический ток одного напряжения в электрический ток другого напряжения. Сварочные трансформаторы представляют :обой регулируемое индуктивное сопротивление, необходимое для получения требуемой внешней характеристики, т. е. устойчивого горения сварочной дуги. В старых конструкциях трансформаторов это достигалось с помощью индуктивных дросселей, включаемых последовательно в цепь вторичных обмоток трансформаторов. В современных трансформаторах для обеспечения нормального процесса сварки используется принцип перемещения вторичной обмотки относительно неподвижной первичной,что позволяет изменять индуктивное сопротивление и создавать падающую внешнюю характеристику. В подавляющем большинстве выпускаемых промышленностью трансформаторов применяется этот принцип. Наибольшее распространение при ручной сварке получили трансформаторы типа ТД и ТДМ, в которых для регулирования процесса сварки используют повышенное магнитное рассеяние — индуктивное сопротивление. Это обеспечивает специальная конструкция магнитной цепи и расположение обмоток, искусственно увеличивающие магнитные поля рассеивания, что усиливает индуктивность рассеяния обмоток, а следовательно, их индуктивные сопротивления. Перемещая катушку одной из обмоток, можно плавно регулировать индуктивные сопротивления обмоток и устанавливать необходимый сварочный ток.

На рис. 12 представлена схема сварочного трансформатора ТДМ-401У2. Трансформатор однофазный, стержневого типа. Обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Катушки первичной обмотки неподвижные и закреплены у нижнего ярма. Катушки вторичной обмотки — подвижные. Через верхнее ярмо сердечника трансформатора пропущен ходовой винт, который ввинчивается в ходовую гайку, вмонтированную в обойму подвижных вторичных катушек. При вращении ходового винта, осуществляемого с помощью рукоятки, находящейся сверху трансформатора, перемещаются вторичные катушки и тем самым изменяется расстояние между обмотками.

Бесперебойная работа трансформаторов во многом зависит от правильной их эксплуатации. Перед сдачей трансформатора в эксплуатацию его следует тщательно осмотреть, устранить механические повреждения; проверить обмотки на обрыв, изоляцию обмоток от корпуса; правильно заземлить трансформатор. При установке трансформаторов на открытом воздухе их следует защищать от атмосферных осадков, так как при отсыревшей изоляции обмоток возможен пробой изоляции и замыкание между витками. Однако перегрев трансформатора (установка около печи, горна, паропровода) также вредно отражается на изоляции обмоток. В процессе эксплуатации трансформаторы необходимо регулярно осматривать. При плохом уходе слой грязи может достигнуть такой толщины, что нарушит охлаждение рабочих частей и приведет к перегреву обмоток, а это вызовет замыкание токоведущих частей на корпус. Особенно опасной является грязь с металлической пылью. Плохие контакты, особенно в сварочной цепи, вызывают большие падения напряжения и недопустимые перегревы. Значительная часть сварочных трансформаторов выходит из строя из-за небрежного подключения сварочного провода к зажимам и нерегулярной проверки состояния контактов.

Источники питания постоянного тока. К этой группе относятся сварочные преобразователи, выпрямители и агрегаты.

Сварочный преобразователь состоит из коллекторного или вентильного (безколлекторного) генератора постоянного тока и асинхронного двигателя, установленных на общем валу. В коллекторных генераторах переменная э. д. е., индуктируемая в якоре, выпрямляется во вращающемся контактном устройстве, называемом коллектором. Внешние характеристики сварочных генераторов и ограничение тока короткого замыкания достигаются с помощью соответствующих электрических схем генераторов. Коллекторные генераторы выпускают следующих схем: с независимым возбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой; с самовозбуждением и размагничивающей последовательной обмоткой (с намагничивающей параллельной и размагничивающей последовательной). Генератор с самовозбуждением менее чувствителен к кратковременным колебаниям напряжения электрической сети, чем гене-патор с независимым возбуждением. У универсальных сварочных генераторов получение падающих и жестких внешних характеристик происходит в зависимости от схемы включения или выключения последовательной размагничивающей обмотки. Вентильный сварочный генератор — генератор с самовозбуждением состоит из индукторного пульсационного синхронного генератора повышенной частоты (200 или 400 Гц) особой конструкции и бесконтактного выпрямительного устройства. Правильный уход за преобразователями во многом предопределяет их надежность и долговечность работы. На строительно-монтажной площадке преобразователи необходимо защищать от дождя и снега. Но при этом нельзя нарушать нормальное охлаждение машины — входные и выходные отверстия для прохода воздуха закрывать нельзя. В противном случае произойдет перегрев обмоток. При эксплуатации сварочного преобразователя в первую очередь нужно следить за коллектором, щетками, щеткодержателями и подшипниками. При нормальном состоянии у коллектора нет следов нагара. Пыль с коллектора следует систематически удалять чистой тряпкой, смоченной в бензине. Шум шарикоподшипников должен быть глухим, ровным, без щелчков и резких звуков. Щетки необходимо регулярно осматривать и изношенные своевременно удалять.

В последние годы сварочные преобразователи вытесняются выпрямителями, у которых отсутствуют вращающиеся части, работают они бесшумно, имеют меньшие потери энергии при холостом ходе, более высокий КПД, более широкие пределы регулирования сварочного тока и напряжения, меньшую массу, равномерную загрузку трехфазной сети. Сварочный выпрямитель состоит из понижающего трансформатора с устройством для регулирования тока или напряжения; выпрямительного блока, включающего селеновые или кремневые вентили; вентилятора для охлаждения выпрямительного блока. Выпускают одно- и многопостовые сварочные выпрямители. Однопостовые выпрямители имеют жесткую и пологопадающую или крутопадающую вольтамперную характеристику. Универсальные выпрямители обеспечивают крутопадающую и жесткую характеристику. Сварочный ток регулируется чаще всего изменением расстояния между обмотками трансформатора. Выпускают передвижные и стационарные выпрямители. В процессе эксплуатации выпрямители необходимо периодически осматривать, чтобы устранить мелкие нарушения, которые могут привести к аварии. Очень внимательно нужно следить за работой вентилятора, так как его неисправность приведет к перегреву полупроводниковых элементов и выходу из строя выпрямителя. Один раз в 3 месяца следует тщательно очищать полупроводниковые элементы от пыли и грязи с помощью сжатого воздуха. Выпрямитель, не эксплуатировавшийся более года, перед работой необходимо включить на 20 мин на напряжение, равное половине номинального, а затем на 4 ч на номинальное напряжение без нагрузки. Это необходимо сделать для подформовки полупроводниковых элементов.

Получение тока от сварочных агрегатов обходится дороже, чем от трансформаторов, преобразователей и выпрямителей. Поэтому применять их целесообразно только при отсутствии электрической сети. Сварочный агрегат состоит из сварочного генератора и дизельного двигателя, установленных на общей раме и соединенных эластичной муфтой. У однопостовых сварочных генераторов при коротком замыкании резко возрастает нагрузка, а при холостом ходе сильно падает. Поэтому для поддержания постоянной частоты вращения двигатели внутреннего сгорания имеют автоматические регуляторы частоты вращения, обеспечивающие быстрое восстановление ее при переходе от короткого замыкания к холостому ходу. При возбуждении сварочной дуги в связи с увеличением нагрузки частота вращения ротора падает. Однако срабатывает автоматический клапан и частота вращения двигателя восстанавливается. При холостом ходе нагрузка уменьшается, и клапан снижает частоту вращения, а затем поддерживает ее уменьшенной.

Регулировка сварочного тока

Величина балластного сопротивления для регулятора сварочного тока составляет порядка сотых-десятых долей Ома и подбирается, как правило, экспериментально. В качестве балластного сопротивления издавна применяются мощные проволочные сопротивления, использовавшиеся в подъемных кранах, троллейбусах, или отрезки спиралей ТЭНов (теплоэлектронагревателей), куски толстой высокоомной проволоки. Несколько уменьшить ток можно даже с помощью растянутой дверной пружины из стали. Балластное сопротивление может включаться либо стационарно.

Схема регулятора сварочного тока

Либо так, чтобы потом можно было относительно легко регулировать сварочный ток. Один конец такого сопротивления подключается к выходу трансформатора, а конец сварочного провода оборудуется съемным зажимом, который легко перебрасывается по длине спирали сопротивления, выбирая нужный ток.

Схема регулировки сварочного тока

Нихромовая проволока в качестве балластного сопротивления (диаметром 4 мм и длиной 8 м). Проволока может быть и меньшего диаметра, и при этом будет нужна меньшая длина, но она будет больше нагреваться.

Регулирование сварочного тока балластным сопротивлением

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 это, в принципе, не исключает эффективность использования ее в качестве регулятора тока для сварочного аппарата. О реальном значении сопротивления балластных проволочных резисторов судить трудно, так как в нагретом состоянии свойства материалов сильно меняются.

В промышленных сварочных аппаратах способ регулировки тока с помощью включения активных сопротивлений, из-за их громоздкости и нагрева, не получил распространения. Зато очень широко применяется реактивное сопротивление — 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.

Регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами. Через регулирующие устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости. Другое неудобство — переключение. Для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200А. 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 изображенной ниже, можно, например, сделать регулятор сварочного тока с комбинацией: 0; 4; 6; 10 Ом.

Регулятор тока для сварочного аппарата

Резисторы ПЭВ

Правда, при включении балластного сопротивления в 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.

Самодельный дроссель

Эту меру следует рассматривать скорее как выход из положения, 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 — 2-3А. При незначительном потреблении тока — порядка 0,1А — падение выходного напряжения почти незаметно. Кроме того, включенный в первичной обмотке трансформатора, 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 сварочных аппаратов, включение дросселя в первичную цепь трансформатора никак не сказывается, по крайней мере согласно субъективным ощущениям, на качестве горения дуги.

В качестве дросселя сварочного аппарата, для регулировки тока, можно использовать готовую вторичную обмотку какого-нибудь трансформатора, рассчитанного да выход около 40В и мощностью 200-300 Вт, тогда ничего переделывать не придется. Хотя все же лучше сделать самодельный дроссель, намотав провод на отдельном каркасе от такого же трансформатора — 200-300 Вт, например от телевизора, сделав отводы через каждые 30-60 витков, подключенные к переключателю.

Схема обмотки дросселя для сварочного аппарата

Самодельный 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 см 2 , длиной, равной длине катушки, 14 см. Это позволило уменьшить сварочный ток трансформатора 120А 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 низким 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.

Для самодельных сварочных аппаратов 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.

Для более тонкой регулировки сварочного тока в меньшую сторону, можно использовать индуктивность сварочного кабеля, укладывая его кольцами. Но не стоит перебарщивать, т.к. кабель будет нагреваться.

В последнее время некоторое распространение получили тиристорные и симисторные схемы регулировки тока сварки. При подаче на управляющий вывод тиристора или симистора напряжения определенной величины регулятор открывается и начинает свободно пропускать через себя ток. В схемах регулирования тока, работающих от переменного напряжения, управляющие импульсы обычно поступают на каждом полупериоде. Регулятор открывается в строго определенные (задаваемые) моменты времени, обрезая таким образом начало каждого полупериода синусоиды тока, что уменьшает суммарную мощность проходящего электрического сигнала.

Осциллограмма для трансформатора с тиристорным регулятором

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. При использовании регуляторов данного типа процесс горения дуги несколько ухудшается. Ведь теперь при уменьшении мощности дуга начинает гореть отдельными, все более кратковременными вспышками. У большинства из схем тиристорных регуляторов 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. Такой способ регулировки тока сварки, из-за сложности изготовления и невысокой надежности, не получил большого распространения среди самодельных регуляторов сварочного тока.

Измерение сварочного тока

Токоизмерительные клещи

Специфика измерения этим прибором состоит в том, что для измерения не требуется подключаться в электрическую цепь. Сила тока измеряется на расстоянии от провода без прикосновения к нему. У прибора есть специальный разводящийся контур, отчего и название — «клещи», которым охватывается провод с током. Электромагнитное поле тока протекающего в охваченном проводе наводит ток в замкнутом контуре, который и измеряется. На корпусе «клещей» находится переключатель пределов измерения тока, максимальные значения которого обычно достигают — от 100А до 500А для разных моделей приборов. Токоизмерительными клещами можно оперативно воспользоваться практически в любой ситуации, не оказывая никакого влияния на электрическую цепь. Измерять ими можно лишь переменный ток, который создает переменное электромагнитное поле, для постоянного тока этот инструмент бесполезен. Класс точности в данном случае весьма невысок, поэтому можно судить, скорее, только о приблизительных значениях.

Другой способ измерять ток сварки: вмонтировать в электрическую цепь изготавливаемого сварочного аппарата или дорабатываемого промышленного аппарат амперметр, рассчитанный на большие значения тока, а то и просто включать его на время в разрыв цепи сварочных проводов.

Включение амперметра в сварочную цепь также отмечается некоторой спецификой. Дело в том, что последовательно в цепь включается не сам прибор (стрелочный указатель), а его шунт (резистор), стрелочный же индикатор подключается к шунту параллельно.

Схема амперметра для измерения больших токов

Шунт обладает собственным сопротивлением: предположительно сотые доли Ома (так как измерить его обычным омметром не удается). На вид это кусок металла в несколько сантиметров в длину прямоугольного сечения с мощными контактными площадками с обеих сторон. От точности сопротивления шунта зависит и точность показания прибора. Для каждой модели амперметра предусмотрен шунт определенного сопротивления, и они должны продаваться вместе.

Амперметр с шунтом

И уж чего ни в коем случае не нужно делать, так это пробовать включить стрелочный прибор в цепь вообще без шунта. Если у вас где-то завалялся стрелочный прибор, на шкале которого значатся сотни ампер, то это вовсе не значит, что он сам их измеряет. Проверьте его: и сам по себе прибор окажется всего-то микро- или миллиамперметром. Иногда попадаются стрелочные приборы, у которых шунт вмонтирован внутри корпуса и к нему дополнительно ничего больше подключать не нужно. Как правило, такие отличаются огромными размерами и невысоким классом точности.

Немалое значение имеет способность стрелочного указателя измерительного прибора устанавливаться на текущее значение, преодолевая колебательные переходные процессы при изменении тока, иначе стрелка будет судорожно плясать по шкале уже при незначительных изменениях тока, которые неизбежны при горении сварочной дуги.

Способы регулирования сварочного тока

Регулировка рабочего тока сварочного аппарата имеет первостепенное значение для удобства пользования и качества получаемого шва. Это объясняется возможностью подбирать тип используемого электрода и его толщину применительно к каждому конкретному случаю. Конструкционно вариация режима функционирования может осуществляться достаточно просто (механически) или гораздо более сложно (тиристорное или симисторное электронное управление). В последнем случае ремонт сварочного оборудования при выходе его из строя представляет собой непростую задачу и может быть выполнен лишь в условиях спецмастерской.

Методы регулировки

Для коррекции тока служат следующие способы:

• механическое переключение между отводами обмоток первичной и/или вторичной цепи (изменение количества рабочих витков);
• дополнительное их шунтирование подключаемой последовательно активной или реактивной нагрузкой;
• искажение (за счет сдвига-разноса в пространстве обмоток относительно друг друга ) связующего магнитного потока или внесения в него вспомогательного шунтирующего дросселя;
• регулирование параметров цепи с помощью блока электронного управления, включая использование широтно-импульсной модуляции.

Первый способ, фактически заключающийся в манипуляции вторичным напряжением холостого хода, не позволяет варьировать ток в широких пределах, так как даже для двух- или трёхкратного изменения требуется коммутировать дополнительные секции не только силовой, но и первичной обмотки. А это чревато усложнением конструкции, излишним расходом проводов, увеличением массы аппарата и его габаритов.

Во втором случае в цепь включаются магазины мощных (и, к сожалению, громоздких) балластных реостатов сопротивлением в десятые и сотые доли ома. Улучшая характеристики силового трансформатора и параметры дуги, они в то же время рассеивают на себе полезную мощность, снижая общий КПД сварочного аппарата. Несколько лучше третий метод: он, в отличие от предыдущих, позволяет регулировать ток плавно, а не скачками. Применяется в трансформаторах типов ТС, ТСК или ТД.

Перечисленные приёмы достаточно просты и могут использоваться даже в самодельных конструкциях. Да и ремонт сварочных аппаратов такого класса также под силу домашним умельцам.

Значительно привлекательнее обстоит дело с последним рассматриваемым методом. Электронное управление защищает трансформатор от перегрузок, позволяет легко, плавно и удобно регулировать сварочный ток, причём даже в процессе горения дуги. Элементы не подвергаются чрезмерному нагреву, поэтому могут быть смонтированы в закрытом кожухе. Единственный недостаток – чуть большая прерывистость дуги на минимальной мощности.