Файл: Юрий Федорович ПодольскийСварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 309
Скачиваний: 11
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
125
Рис. 41. Способы намотки обмоток на сердечнике тороидального типа:
а – равномерная; б – секционная
Эти же способы полностью применимы и в случае, когда обмотки СТ размещены на тороидальном магнитопроводе (рис. 41, а – б). Они тоже могут быть намотаны как равно- мерно по поверхности сердечника, так и в виде секций. Взаимное расположение обмоток и в этом случае полностью соответствует вышеописанным характеристикам, поэтому при выборе способа намотки тороидального трансформатора следует руководствоваться теми же соображениями, что и для П-образного.
1 ... 12 13 14 15 16 17 18 19 ... 31
Общие правила намотки обмоток
1. Намотку следует проводить по изолированному керну и всегда в одном направлении (например, по часовой стрелке).
2. Каждый слой обмотки изолируют слоем хлопчатобумажной изоляции (стеклоткани, электрокартона, кальки), желательно с пропиткой бакелитовым лаком.
3. Выводы обмоток залуживают, маркируют, закрепляют хлопчатобумажной тесьмой, на выводы сетевой обмотки дополнительно надевают хлопчатобумажный кембрик.
Выбор обмоточного провода и изоляционных материалов
Для обмоток сварочного трансформатора нужен провод довольно большого сечения.
Развивая в режиме сварки значительный ток, трансформатор постепенно нагревается. Ско- рость нагрева зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является диаметр или пло- щадь поперечного сечения провода его обмоток. Чем толще провод, тем лучше он пропус- кает ток, тем меньше нагревается и, наконец, тем лучше он рассеивает тепло. Основной характеристикой здесь является плотность тока: чем выше значение плотности тока в про- водах, тем интенсивнее будет происходить разогрев трансформатора. Наиболее распростра- ненным материалом для провода является медь, хотя обмоточный провод может быть и алюминиевым. Обмотки из меди получаются компактнее, так как этот металл позволяет использовать в 1,6 раза большую плотность тока, нежели алюминий. Зато алюминиевый провод дешевле, и обмотки из него получаются легче.
В промышленных трансформаторах плотность тока не превышает значения 5 А/мм
2
для медного провода. Но для самодельных трансформаторов удовлетворительным резуль- татом можно считать для меди даже 10 А/мм
2
. Так, при токе сварки 130–160 А электродом
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
126
∅4 мм мощность вторичной обмотки составит Р2 = Ісв∙ Uсв = 160 ∙ 24 = 4 кВт; мощность первичной обмотки с учетом потерь составит 5–5,5 кВт, а следовательно, максимальный ток первичной обмотки может достигать 25 А.
С увеличением плотности тока резко ускоряется нагрев трансформатора. В случае работы в предельных режимах уже после использования подряд 2–3 электродов трансфор- матор нагреется до температуры 60 °C или даже выше, придется прекратить работу и ждать,
пока обмотки остынут. Время перерыва на охлаждение будет зависеть от того, как органи- зовано охлаждение и насколько хорош теплоотвод из катушек.
Сечение провода должно быть не менее 5–6 мм
2
. Оптимальным считается провод сече- нием 6–7 мм
2
. Это либо прямоугольная шина, либо медный обмоточный провод диаметром
(без изоляции) 2,6–3 мм
21
При недостаточном сечении возможна намотка в два провода. При использовании алю- миниевого провода его сечение необходимо увеличить в 1,6–1,7 раза.
Типовая первичная обмотка любительских СТ содержит 240
витков с отводами от 165, 190 и 215 витков, т. е. через каждые 25 витков.
Большее количество отводов сетевой обмотки, как показывает практика,
нецелесообразно. Поскольку за счет уменьшения числа витков первичной обмотки увеличивается как мощность СТ, так и напряжение холостого хода
(U
xx
), это приводит к повышению напряжения горения дуги и ухудшению качества сварки. Следовательно, только изменением числа витков первичной обмотки добиться перекрытия диапазона сварочных токов без ухудшения качества сварки нельзя. Для этого необходимо предусмотреть переключение витков вторичной (сварочной) обмотки.
Помимо сечения и металла, из которого изготовлен провод, важной характеристикой является способ его изоляции. Провод может быть просто покрыт лаком, умотан в один или два слоя нитки или ткани, которые, в свою очередь, могут быть пропитаны или нет лаком.
От типа изоляции сильно зависит надежность обмотки, ее максимальная температура пере- грева, влагостойкость, изоляционные качества. Наилучшим вариантом является изоляция из стеклоткани, пропитанной теплостойким лаком. Наименее желательным, но самым доступ- ным материалом являются обычные провода ПЭЛ, ПЭВ в простой лаковой изоляции. Зато такой провод наиболее распространен: его можно снять с катушек дросселей и трансформа- торов отслужившего свой век оборудования. Осторожно снимая старые провода с катушек,
необходимо следить за состоянием их покрытия и слегка поврежденные участки дополни- тельно изолировать. Хуже, когда катушки с проводом были дополнительно пропитаны лаком или закрашены. При попытке рассоединения слоев затвердевшая пропитка часто срывает и собственное лаковое покрытие провода, оголяя металл. В редких случаях при отсутствии других материалов обмотки наматывают даже монтажным проводом в хлорвиниловой изо- ляции. Главные недостатки таких обмоток – лишний объем изоляции и плохой теплоотвод.
Качеству укладки первичной обмотки СТ всегда следует уделять наибольшее внима- ние. Первичная обмотка содержит большее количество витков, чем вторичная, плотность ее
21
Расчет по известной формуле S = πR
2
, где S – площадь круга, мм; π = 3,1428; R – радиус круга, мм.
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
127
намотки выше, и больше греется обычно именно она. «Первичка» находится под высоким напряжением, при ее межвитковом замыкании или пробое изоляции, например через попав- шую влагу, вся обмотка быстро «сгорает». Как правило, восстановить ее без разборки всей конструкции невозможно.
Таким образом, лучшим выбором для первичных (сетевых) обмоток является спе- циальный медный обмоточный провод в хлопчатобумажной (стеклотканевой) изоляции.
Удовлетворительной теплостойкостью обладают также провода в резиновой или резино- тканевой изоляции. Непригодны для работы при повышенной температуре (а это уже закла- дывается в конструкцию любительского СТ) провода в полихлорвиниловой (ПХВ) изоляции из-за возможного ее расплавления, вытекания из обмоток и короткого замыкания. Поэтому необходимо либо снять полихлорвиниловую изоляцию с проводов и обмотать провода по всей длине хлопчатобумажной изоляционной лентой, либо не снимать, а обмотать провод поверх изоляции.
Возможен и третий проверенный на практике способ намотки.
В случае любых сомнений в качестве изоляции намотку можно проводить как бы в два провода с использованием хлопчатобумажного шнура
(отличные результаты дает хлопчатобумажная нить для рыболовства). После намотки одного слоя обмотку с нитью фиксируют клеем, лаком и т. д.
и следующий ряд наматывают только после высыхания намотанного слоя.
Вторичную обмотку мотают единым или многожильным проводом, сечение которого обеспечивает необходимую плотность тока. Существует несколько способов решения этой проблемы.
Первый способ предполагает использование монолитного провода прямоугольного сечения 10–24 мм
2
из меди или алюминия, обычно называемого шиной. Им удобно мотать катушки на отдельном каркасе, куда после завершения укладки обмотки набивается пакет трансформаторной стали. Однако во многих самодельных конструкциях с неразборным маг- нитопроводом провод обмоток приходится много раз протягивать через узкие окна. Разуме- ется, проделать это примерно 60 раз с твердым и толстым медным проводом весьма непро- сто. В этом случае лучше отдать предпочтение алюминиевым проводам – они намного мягче,
да и стоят дешевле. Если выбран прямоугольный алюминиевый провод в бумажной изоля- ции, то следует ее удалить и намотать новую с помощью эскапоновой, стеклослюдяной или,
в крайнем случае, тафтяной или киперной ленты. В двух последних случаях ленты необ- ходимо пропитать лаком или краской. Не исключается и возможность намотки проводом с неудаленной бумажной изоляцией, но каждый слой этой катушки необходимо тщательно покрасить нитроэмалевой краской или лаком воздушной сушки.
Второй способ – намотать вторичную обмотку многожильным проводом подходящего сечения в обычной хлорвиниловой изоляции. Он мягкий, легко укладывается, надежно изо- лирован. Правда, слой синтетики занимает лишний объем в окнах и препятствует охлажде- нию. Иногда для этих целей используют старые многожильные провода в толстой резино- вой изоляции, которые используются в мощных трехфазных кабелях. Резину легко удалить,
а вместо нее обмотать провод слоем какого-нибудь тонкого изоляционного материала. Тре- тьим способом можно изготовить вторичную обмотку из нескольких одножильных прово- дов, в том числе таких, которыми моталась первичная обмотка. Для этого 2–5 проводов диа- метром 1,6–3 мм аккуратно стягивают вместе, например, скотчем и используют как один
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
128
многожильный. Такая шина из нескольких проводов занимает небольшой объем и обладает достаточной гибкостью, что облегчает ее укладку.
В крайнем случае вторичную обмотку можно изготовить и из тонких, наиболее распро- страненных проводов ПЭВ, ПЭЛ диаметром 0,8–1,2 мм, хотя для этого и придется потратить час-другой. Для начала нужно выбрать ровное прямое пространство, где жестко устанавли- вают два колышка или крючка с расстоянием между ними, равным длине провода вторичной обмотки (20–30 м). Между ними протягивается без прогиба несколько десятков жил тонкого провода – получается один вытянутый пучок. Один из концов пучка отсоединяется от опоры и зажимается в патрон дрели или шуруповерта. На небольших оборотах весь пучок в слегка натянутом состоянии за несколько приемов закручивается в единый жгут. В процессе закру- чивания пучок проводов необходимо периодически встряхивать, держа за один конец, чтобы закрутка равномерно разошлась по всей длине провода.
Следует учитывать, что после скручивания его длина немного уменьшится. На концах получившегося многожильного провода нужно будет аккуратно обжечь лак и зачистить кон- чики каждого проводка отдельно, а потом их залудить и надежно спаять все вместе. После этого провод желательно изолировать, обмотав его по всей длине слоем скотча или любого другого подходящего изоляционного материала.
Каким бы проводом ни была выполнена сварочная обмотка и сколько бы она ни содер- жала отводов, все ее выводы следует завести через медные наконечники под клеммные болты диаметром 8—10 мм (рис. 42). Медные наконечники изготавливают из медных трубок подходящего диаметра длиной 25–30 мм и крепят на проводах опрессовкой и, желательно,
пропайкой.
Типовая вторичная обмотка содержит 65–70 витков медной изолированной шины сечением не менее 25 мм
2
(лучше сечением 35 мм
2
).
Вполне подойдет и гибкий многожильный провод (например, сварочный)
и трехфазный силовой многожильный кабель. Главное: сечение силовой обмотки не должно быть меньше требуемого, а изоляция – теплостойкой и надежной. При недостаточном сечении провода возможна намотка в два и даже в три провода.
Особое внимание следует уделить выбору изоляции. Для укладки обмоток, крепления провода, межрядовой изоляции, изоляции и крепления магнитопровода нужен тонкий, креп- кий и теплостойкий материал. При этом объем окон магнитопровода, в которые необходимо укладывать несколько обмоток толстыми проводами, очень ограничен, поэтому здесь дорог каждый миллиметр. При малых размерах сердечников изоляционные материалы должны занимать как можно меньший объем, т. е. быть как можно тоньше и эластичнее. Распро- страненную ПХВ-изоленту можно сразу же исключить из применения на греющихся участ- ках трансформатора. Даже при незначительном перегреве она становится мягкой и посте- пенно расползается или продавливается проводами, а при значительном перегреве плавится и пенится. Для изоляции и бандажа можно использовать фторопластовые, стекло– и лако- тканевые, киперные ленты, а между рядами – обычный скотч. Хороший изоляционный мате- риал стоит дорого, и его применение может сильно удорожить изготовление сварочного трансформатора. Скотч дешевый, обладает малой толщиной, эластичностью, достаточно теплоустойчив и крепок. Два-три слоя скотча между рядами провода практически не уве- личивают объем катушек. Его использование вполне оправданно с учетом температуры и
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
129
экономии средств. Особенно хорошо подходил для этих целей скотч отечественного произ- водства прошлых лет – не очень прозрачный, грубый и крепкий. Правда, найти его сейчас сложно, и предпочтение следует отдавать по возможности более жесткому материалу, кото- рый не тянется и легко не рвется.
Рис. 42. Крепление выводов сварочной обмотки:
1 – корпус СТ; 2 – шайбы; 3 – клеммный болт; 4 – гайка; 5 – медный наконечник с проводом
Проверка качества обмоток
После намотки первичной обмотки СТ необходимо проверить на наличие короткоза- мкнутых витков и правильность выбранного числа витков. Сварочный трансформатор вклю- чают в сеть через плавкий предохранитель (4–6 А) и желательно амперметр переменного тока. Если предохранитель сгорает или сильно греется – это явный признак короткозамкну- того витка. Следовательно, первичную обмотку придется перемотать, обратив особое вни- мание на качество изоляции.
Если сварочный аппарат сильно гудит, а потребляемый ток превышает 2–3 А, это озна- чает, что число первичной обмотки занижено и необходимо подмотать еще некоторое коли- чество витков. Исправный СТ потребляет ток холостого хода не более 1–1,5 А, не греется и гудит не сильно.
После изготовления вторичной обмотки необходимо провести настройку СТ и про- верку качества сварки электродами различного диаметра. Процесс настройки заключается в следующем. Для измерения сварочного тока и напряжения понадобятся амперметр пере- менного тока на 180–200 А и вольтметр переменного тока на 70–80 В. Схема их подключе- ния показана на рис. 43, а.
При сварке различными электродами снимают значения тока и напряжения сварки,
которые должны быть в требуемых пределах. Если сварочный ток мал, что бывает чаще всего
(электрод липнет, дуга неустойчивая), то в этом случае либо переключением первичной и вторичной обмоток устанавливают требуемые значения, либо перераспределяют количество витков вторичной обмотки (без их увеличения) в сторону увеличения числа витков, намо- танных поверх сетевой обмотки.
После сварки можно разломать или распилить кромки свариваемых изделий, и сразу станет ясно качество сварки: глубина провара и толщина наплавленного слоя металла.
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
130
По результатам измерений полезно составить таблицу. Исходя из ее данных, выбирают оптимальные режимы сварки для электродов различного диаметра, помня о том, что при сварке электродами, например, ∅3 мм электродами ∅2 мм можно резать, так как ток резки больше сварочного на 25–30 %.
Эти приборы будут удобны не только для первичной настройки СТ, но и при дальней- шей его работе, в связи с чем их можно стационарно закрепить на корпусе агрегата. Однако процесс измерений может быть затруднен в связи с отсутствием рекомендованных выше измерительных приборов. В таком случае можно прибегнуть к изготовлению измеритель- ной схемы на базе наиболее распространенного миллиамперметра постоянного тока на 1
—10 мА. Она состоит из измерителей напряжения и тока, собранных по мостовой схеме
(рис. 43, б).
Измеритель напряжения подключают к выходной (сварочной) обмотке СА. Настройку осуществляют с помощью любого тестера, которым контролируют выходное напряжение сварки. С помощью переменного сопротивления R3 стрелку прибора устанавливают на конечное деление шкалы при максимальном значении U
xx
. Шкала измерителя напряжения достаточно линейна. Для большей точности можно снять две-три контрольные точки и про- градуировать измерительный прибор на измерение напряжений.
Рис. 43. Измерение характеристик СТ:
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
131
а – схема подключения измерительных приборов; б – принципиальная схема измери- телей напряжения и тока сварки; в – конструкция трансформатора тока (1 – сердечник; 2 –
силовой провод сварочной обмотки; 3 – вторичная обмотка)
Более сложно настроить измеритель тока, поскольку он подключается к самостоя- тельно изготовленному трансформатору тока. Последний представляет собой сердечник тороидального типа с двумя обмотками (рис. 43, в). Размеры сердечника (внешний диа- метр 35–40 мм) принципиального значения не имеют, главное, чтобы уместились обмотки.
Материал сердечника – трансформаторная сталь, пермаллой или феррит. Вторичная обмотка состоит из 600–700 витков медного изолированного провода марки ПЭЛ, ПЭВ, лучше
ПЭЛШО диаметром 0,2–0,25 мм и подключена к измерителю тока. Роль первичной обмотки исполняет силовой провод, проходящий внутри кольца и подключаемый к клеммному болту.
Настройка измерителя тока заключается в следующем. К силовой (сварочной) обмотке СТ
подключают калиброванное сопротивление из толстой нихромовой проволоки на 1–2 с
(поскольку оно сильно греется) и измеряют напряжение на выходе СТ. По закону Ома опре- деляют ток, протекающий в сварочной обмотке. Например, при подключении R
н
= 0,2 Ом
U
вых
= 30 В.
Тогда
. Отмечают точку на шкале прибора. Достаточно
3–4 измерений с различными Rн, чтобы откалибровать измеритель тока. После калибровки приборы устанавливают на корпус СА.
При сварке в различных условиях (сильная или слаботочная сеть, длинный или корот- кий подводящий кабель, его сечение и т. д.) переключением обмоток настраивают СТ на оптимальный режим сварки, и далее переключатель измерителя можно установить в ней- тральное положение.
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
132
Особенности конструкций на
различных магнитопроводах
П-образный сварочный трансформатор
Наиболее распространенным типом среди сварочных трансформаторов промышлен- ного изготовления являются всевозможные варианты П-образных трансформаторов. Велика их популярность и среди самодельных конструкций благодаря хорошим сварочным характе- ристикам и относительной простоте в изготовлении. Основные части любого трансформа- тора – катушки и набор магнитопровода – здесь обычно собирают отдельно друг от друга и лишь в конце объединяют в единую конструкцию. Это не только упрощает процесс сборки,
но и повышает добротность и надежность СТ, так как можно применить и рационально раз- местить жесткие провода большего сечения.
Магнитопровод П-образного трансформатора состоит из набора пластин и имеет пря- моугольную форму с катушками с обеих сторон на длинных частях плеч. Методики для рас- чета параметров такого СТ были представлены выше.
Чаще всего самым дефицитным элементом самодельной конструкции является магни- топровод. Поэтому его характеристики и становятся обычно точкой отсчета. Диапазон гео- метрических размеров магнитопровода вписывается в такую «формулу»: минимальный –
такой, чтобы влезли катушки с проводом; максимальный – такой, чтобы можно было под- нять. Сечение набора пластин при этом может лежать в интервале 25–60 см
2
Магнитопровод П-образного трансформатора собирают из пластин двух типов: одина- ковой ширины и толщины, но разной длины. Более длинные пластины идут на плечи кату- шек; короткие – на замыкающие плечи. Впрочем, и это условие может быть нарушено: маг- нитопровод можно собрать из пластин одинаковой длины, тогда он получится квадратным.
Ухудшение сварочных характеристик в этом случае не будет слишком заметно, хотя при- бавка в весе менее рационально собранного железа может стать существенной. При сборке направление пластин может чередоваться – одна через одну; или же его можно чередовать пакетами по три пластины. Последний способ распространен при промышленной сборке,
но при ручном изготовлении он не даст ощутимых преимуществ, да еще придется вручную сортировать пластины по три штуки.
В самодельных и бытовых конструкциях главным образом отрабатываются самые про- стые схемы П-образного сварочного трансформатора, по большей части с одной из приве- денных выше компоновок обмоток. Более сложные промышленные схемы с подвижными обмотками, магнитным шунтированием магнитопровода, интегрированным в магнитопро- вод дросселем в быту, как правило, не используются ввиду сложности реализации и значи- тельной прибавки в весе.
Если обмотки трансформатора выполнены цилиндрическими, то теоретически на про- тивоположных плечах должно размещаться ровно по половине первичной и вторичной обмоток трансформатора. Однако на практике это может быть и не так, особенно если катушки выполнены с регулирующими отводами.
В идеале внешняя характеристика такого силового трансформатора должна устрем- ляться в сторону жесткой благодаря минимальному магнитному рассеиванию. Но на самом деле такие трансформаторы обладают нормальными сварочными характеристиками. И даже если они выполнены на компактных магнитопроводах с плотно сидящими обмотками, то и при этом не приходится прибегать к каким-либо дополнительным средствам улучшения
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
133
горения дуги. Это подтверждают тысячи изготовленных по подобной схеме и успешно экс- плуатируемых самодельных конструкций. Кроме того, такой СТ может обеспечить наивыс- ший КПД, а значит, максимальную выходную мощность сварки. Тем более что характери- стику вполне можно подправить сразу же в процессе изготовления, увеличив магнитное рассеивание путем добавления воздушных зазоров между слоями обмоток.
Трансформаторы, у которых обмотки разнесены по разным плечам, используют доста- точно редко по причине низкого тока КЗ и значительной разницы в мощности
22
Однако иногда бывает чрезвычайно целесообразен промежуточный вариант располо- жения обмоток, где часть вторичной обмотки намотана поверх первичной, а оставшаяся часть – на противоположном плече, где витков первичной нет. В таком случае достигается больший прирост тока КЗ по сравнению с разнесенной схемой, но меньшая мощность, чем в случае типичного трансформатора с цилиндрическими обмотками.
Подобная схема может понадобиться по следующим причинам. В бытовых условиях мощность трансформатора 180–200 А востребована крайне редко. Как правило, она не нужна и даже нежелательна, особенно если обмотки выполнены слабым проводом, а сеть не держит чересчур мощную нагрузку. Как известно, для уменьшения мощности следует уве- личивать количество витков первичной обмотки, что влечет за собой увеличение числа вит- ков и вторичной, – приходится больше мотать провода, который занимает место. В компакт- ных магнитопроводах может оказаться, что места для лишних витков попросту нет. Тогда и придет на помощь комбинированная схема (рис. 44), когда уменьшение мощности ведется не за счет витков, а за счет иного расположения обмоток. При этом одна секция вторичной обмотки может содержать 30–60 % от полного числа вторичных витков. Чем большая часть витков вторичной обмотки расположена поверх первичной, тем большей будет выходная мощность при сварке.
Теперь рассмотрим практические моменты изготовления П-образного трансформа- тора. Как отмечалось ранее, выгодное отличие П-образного трансформатора в том, что катушки можно изготовить отдельно от магнитопровода. Подобной эффективностью при сборке отличаются далеко не все типы конструкций самодельных трансформаторов. Перед намоткой катушек сначала для них необходимо изготовить каркасы, куда и будет уклады- ваться провод. В простейшем случае каркас может быть сделан из нескольких слоев толстого картона, свернутого в виде короба. Но лучше каркас сделать из более жесткого материала:
ДВП, текстолита, фанеры и т. д. Внутренние размеры каркаса делают несколько бóльшими,
чем сечение магнитопровода, хотя бы по бокам так, чтобы между ними оставались зазоры по несколько миллиметров. В зазоры потом забивают фиксирующие колышки.
Рис. 44. Комбинированная схема расположения обмоток на магнитопроводе
22
Пример различия характеристик таких СТ приведен выше в главе «Расположение обмоток».
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
134
При укладке жесткого провода придется прилагать значительные усилия, и это может деформировать и испортить каркас. Поэтому внутрь полости каркаса необходимо вре- менно поместить какой-нибудь жесткий материал, заполняющий весь его внутренний объем.
Обычно для этого используют дерево, но ни в коем случае нельзя использовать один сплош- ной деревянный брус. Ведь если каркас под давлением провода сильно ужмется, то дере- вянную вставку потом невозможно будет извлечь без риска повреждения готовой обмотки.
Лучше вставить 2–3 сложенные вместе доски. Одну из них всегда можно будет безболез- ненно удалить, после чего выйдут и остальные.
Боковые щечки на каркасах сварочных трансформаторов можно не делать, они будут только препятствовать оттоку тепла из внутренних слоев обмоток. Однако каждый слой про- вода необходимо надежно фиксировать. Для этого под слой провода в 3–4 местах с разных сторон поперек виткам кладут отрезки киперной ленты из ткани или грубые веревки. После завершения слоя лента стягивается и завязывается, надежно фиксируя витки.
Между слоями провода укладывают изоляцию – лакоткань, киперную или стеклотка- невую ленту. В случаях, когда межслоевая изоляция занимает значительный объем и препят- ствует охлаждению трансформатора, что особенно актуально для компактных конструкций с ограниченным объемом магнитопровода, для межслоевой изоляции можно использовать несколько слоев крепкого и жесткого скотча.
Некоторые авторы рекомендуют пропитывать готовые обмотки специальным пропи- точным лаком или же покрывать слои провода эмалевой краской. Но здесь нужно учиты- вать, что пропиточный лак по технологии сохнет только при высокой температуре, для чего используют сушильные шкафы. К тому же применение красок и лаков может привести к отрицательным последствиям в будущем, если предполагается перемотка катушек (а пол- ностью такую возможность в самодельном трансформаторе исключить нельзя). Высохшая краска намертво склеит витки обмотки, и при их рассоединении будет содрана собственная изоляция провода, после чего последний придет в негодность.
Между слоями провода и между обмотками рекомендуется вставлять поперечные планки толщиной 7—10 мм. Это нужно прежде всего для образования внутри обмоток воз- душных зазоров, через которые будет выходить теплый воздух. Это улучшит вентиляцию и температурный режим трансформатора. Кроме того, зазоры увеличивают объем катушек, а значит, и магнитное рассеивание трансформатора, что самым положительным образом ска- зывается на его сварочных характеристиках. Планки могут быть изготовлены из дерева или любого другого диэлектрика. Их ставят несколько штук по длине витка катушки с опреде- ленными интервалами. В компактных магнитопроводах с внутренней стороны планки не ставят, чтобы не занимать лишний объем окна. Имеет смысл устанавливать планки через каждые два слоя провода (кроме первого слоя), тогда каждый слой одной стороной будет выходить на воздушный зазор (рис. 45, а).
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
135
Рис. 45. Организация вентиляции обмотки СТ:
а – на прямоугольном каркасе; б – на цилиндрическом каркасе
В некоторых случаях, если размеры магнитопровода позволяют, легче изготовить кар- кас для обмоток круглого сечения, особенно если есть отрезки подходящей картонной или пластмассовой трубы. Мотать на круглом каркасе легче, тем более обеспечивается лучшая сохранность провода, так как отсутствуют прямые изгибы на углах. Увеличенные зазоры между каркасом и магнитопроводом заполняют деревянными кольями соответствующих размеров и формы (рис. 45, б).
На завершающей стадии сборки классического П-образного трансформатора готовые катушки надевают на уже сложенный П-образный фрагмент магнитопровода, после чего набивают пластины заключительного верхнего плеча. Потом магнитопровод плотно стяги- вают на краях с помощью пластин и шпилек, а в зазоры между каркасами катушек и железом забивают фиксирующие колышки. В некоторых случаях пластины имеют на краях отвер- стия, что дает возможность стягивать магнитопровод шпильками сквозь отверстия по его углам. В этом случае шпильки следует изолировать: натянуть кембрик, обмотать изолентой или просто покрасить. Также следует обязательно изолировать шпильки и гайки от стягива- ющих пакеты пластин, подложив в места сопряжения изолирующие шайбы. Если этого не сделать, то может возникнуть ситуация, аналогичная короткозамкнутому витку, и, как след- ствие, разогрев магнитопровода, падение мощности и ухудшение свойств трансформатора.
Иногда для изготовления П-образного трансформатора используют крупные Ш-образ- ные пластины. В них зубилом вырубают средние сегменты, получая П-образные пластины
(рис. 46). Недостаток такого решения в том, что намотанные катушки при сборке можно будет посадить лишь на короткие плечи, так как у большинства Ш-образных трансформато- ров ширина пластины больше высоты. Если же наматывать обмотки на уже собранный маг- нитопровод, протягивая каждый виток через окно, трансформатор такого конструктивного типа покажет довольно высокие КПД и выходную мощность.
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
136
Рис. 46. Получение П-образных пластин из Ш-образных
Принципиальное значение имеет способ соединения между собой находящихся на раз- ных плечах обмоток. Взаимное направление потоков в противоположных плечах должно быть направлено в разные стороны относительно их продольных осей. Это значит, что направление течения тока в витках катушек на разных плечах должно быть в разные сто- роны: в одной – по часовой стрелке; в другой – против часовой. Наматывать все катушки имеет смысл в одну сторону, а при сборке СТ устанавливать их таким образом, чтобы направ- ление намотки совпадало на обоих стержнях. Тогда соединять обмотки между собой на раз- ных плечах будет проще – началами, т. е. выводами изнутри катушек.
Последние же, верхние витки нужно будет включать в питающую или сварочную цепь для первичной или вторичной обмотки соответственно. Разумеется, выводы можно соеди- нить и наоборот – концами, т. е. последними, верхними витками. Тогда подключение к сети и сварочной цепи осуществляется от внутренних – первых – витков. Если обмотки соединить неправильно – в противофазе, то в случае первичной трансформатор возьмет непомерный ток и будет сильно гудеть при включении; для вторичной же выходное напряжение будет близко к нулю.
Катушки должны иметь хорошую корпусную изоляцию и прочно закрепляться на стержнях деревянными клиньями. Разумеется, окно магнитопровода должно быть таким,
чтобы катушки, расположенные на противоположных стержнях, не касались друг друга.
1 ... 13 14 15 16 17 18 19 20 ... 31
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
126
∅4 мм мощность вторичной обмотки составит Р2 = Ісв∙ Uсв = 160 ∙ 24 = 4 кВт; мощность первичной обмотки с учетом потерь составит 5–5,5 кВт, а следовательно, максимальный ток первичной обмотки может достигать 25 А.
С увеличением плотности тока резко ускоряется нагрев трансформатора. В случае работы в предельных режимах уже после использования подряд 2–3 электродов трансфор- матор нагреется до температуры 60 °C или даже выше, придется прекратить работу и ждать,
пока обмотки остынут. Время перерыва на охлаждение будет зависеть от того, как органи- зовано охлаждение и насколько хорош теплоотвод из катушек.
Сечение провода должно быть не менее 5–6 мм
2
. Оптимальным считается провод сече- нием 6–7 мм
2
. Это либо прямоугольная шина, либо медный обмоточный провод диаметром
(без изоляции) 2,6–3 мм
21
При недостаточном сечении возможна намотка в два провода. При использовании алю- миниевого провода его сечение необходимо увеличить в 1,6–1,7 раза.
Типовая первичная обмотка любительских СТ содержит 240
витков с отводами от 165, 190 и 215 витков, т. е. через каждые 25 витков.
Большее количество отводов сетевой обмотки, как показывает практика,
нецелесообразно. Поскольку за счет уменьшения числа витков первичной обмотки увеличивается как мощность СТ, так и напряжение холостого хода
(U
xx
), это приводит к повышению напряжения горения дуги и ухудшению качества сварки. Следовательно, только изменением числа витков первичной обмотки добиться перекрытия диапазона сварочных токов без ухудшения качества сварки нельзя. Для этого необходимо предусмотреть переключение витков вторичной (сварочной) обмотки.
Помимо сечения и металла, из которого изготовлен провод, важной характеристикой является способ его изоляции. Провод может быть просто покрыт лаком, умотан в один или два слоя нитки или ткани, которые, в свою очередь, могут быть пропитаны или нет лаком.
От типа изоляции сильно зависит надежность обмотки, ее максимальная температура пере- грева, влагостойкость, изоляционные качества. Наилучшим вариантом является изоляция из стеклоткани, пропитанной теплостойким лаком. Наименее желательным, но самым доступ- ным материалом являются обычные провода ПЭЛ, ПЭВ в простой лаковой изоляции. Зато такой провод наиболее распространен: его можно снять с катушек дросселей и трансформа- торов отслужившего свой век оборудования. Осторожно снимая старые провода с катушек,
необходимо следить за состоянием их покрытия и слегка поврежденные участки дополни- тельно изолировать. Хуже, когда катушки с проводом были дополнительно пропитаны лаком или закрашены. При попытке рассоединения слоев затвердевшая пропитка часто срывает и собственное лаковое покрытие провода, оголяя металл. В редких случаях при отсутствии других материалов обмотки наматывают даже монтажным проводом в хлорвиниловой изо- ляции. Главные недостатки таких обмоток – лишний объем изоляции и плохой теплоотвод.
Качеству укладки первичной обмотки СТ всегда следует уделять наибольшее внима- ние. Первичная обмотка содержит большее количество витков, чем вторичная, плотность ее
21
Расчет по известной формуле S = πR
2
, где S – площадь круга, мм; π = 3,1428; R – радиус круга, мм.
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
127
намотки выше, и больше греется обычно именно она. «Первичка» находится под высоким напряжением, при ее межвитковом замыкании или пробое изоляции, например через попав- шую влагу, вся обмотка быстро «сгорает». Как правило, восстановить ее без разборки всей конструкции невозможно.
Таким образом, лучшим выбором для первичных (сетевых) обмоток является спе- циальный медный обмоточный провод в хлопчатобумажной (стеклотканевой) изоляции.
Удовлетворительной теплостойкостью обладают также провода в резиновой или резино- тканевой изоляции. Непригодны для работы при повышенной температуре (а это уже закла- дывается в конструкцию любительского СТ) провода в полихлорвиниловой (ПХВ) изоляции из-за возможного ее расплавления, вытекания из обмоток и короткого замыкания. Поэтому необходимо либо снять полихлорвиниловую изоляцию с проводов и обмотать провода по всей длине хлопчатобумажной изоляционной лентой, либо не снимать, а обмотать провод поверх изоляции.
Возможен и третий проверенный на практике способ намотки.
В случае любых сомнений в качестве изоляции намотку можно проводить как бы в два провода с использованием хлопчатобумажного шнура
(отличные результаты дает хлопчатобумажная нить для рыболовства). После намотки одного слоя обмотку с нитью фиксируют клеем, лаком и т. д.
и следующий ряд наматывают только после высыхания намотанного слоя.
Вторичную обмотку мотают единым или многожильным проводом, сечение которого обеспечивает необходимую плотность тока. Существует несколько способов решения этой проблемы.
Первый способ предполагает использование монолитного провода прямоугольного сечения 10–24 мм
2
из меди или алюминия, обычно называемого шиной. Им удобно мотать катушки на отдельном каркасе, куда после завершения укладки обмотки набивается пакет трансформаторной стали. Однако во многих самодельных конструкциях с неразборным маг- нитопроводом провод обмоток приходится много раз протягивать через узкие окна. Разуме- ется, проделать это примерно 60 раз с твердым и толстым медным проводом весьма непро- сто. В этом случае лучше отдать предпочтение алюминиевым проводам – они намного мягче,
да и стоят дешевле. Если выбран прямоугольный алюминиевый провод в бумажной изоля- ции, то следует ее удалить и намотать новую с помощью эскапоновой, стеклослюдяной или,
в крайнем случае, тафтяной или киперной ленты. В двух последних случаях ленты необ- ходимо пропитать лаком или краской. Не исключается и возможность намотки проводом с неудаленной бумажной изоляцией, но каждый слой этой катушки необходимо тщательно покрасить нитроэмалевой краской или лаком воздушной сушки.
Второй способ – намотать вторичную обмотку многожильным проводом подходящего сечения в обычной хлорвиниловой изоляции. Он мягкий, легко укладывается, надежно изо- лирован. Правда, слой синтетики занимает лишний объем в окнах и препятствует охлажде- нию. Иногда для этих целей используют старые многожильные провода в толстой резино- вой изоляции, которые используются в мощных трехфазных кабелях. Резину легко удалить,
а вместо нее обмотать провод слоем какого-нибудь тонкого изоляционного материала. Тре- тьим способом можно изготовить вторичную обмотку из нескольких одножильных прово- дов, в том числе таких, которыми моталась первичная обмотка. Для этого 2–5 проводов диа- метром 1,6–3 мм аккуратно стягивают вместе, например, скотчем и используют как один
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
128
многожильный. Такая шина из нескольких проводов занимает небольшой объем и обладает достаточной гибкостью, что облегчает ее укладку.
В крайнем случае вторичную обмотку можно изготовить и из тонких, наиболее распро- страненных проводов ПЭВ, ПЭЛ диаметром 0,8–1,2 мм, хотя для этого и придется потратить час-другой. Для начала нужно выбрать ровное прямое пространство, где жестко устанавли- вают два колышка или крючка с расстоянием между ними, равным длине провода вторичной обмотки (20–30 м). Между ними протягивается без прогиба несколько десятков жил тонкого провода – получается один вытянутый пучок. Один из концов пучка отсоединяется от опоры и зажимается в патрон дрели или шуруповерта. На небольших оборотах весь пучок в слегка натянутом состоянии за несколько приемов закручивается в единый жгут. В процессе закру- чивания пучок проводов необходимо периодически встряхивать, держа за один конец, чтобы закрутка равномерно разошлась по всей длине провода.
Следует учитывать, что после скручивания его длина немного уменьшится. На концах получившегося многожильного провода нужно будет аккуратно обжечь лак и зачистить кон- чики каждого проводка отдельно, а потом их залудить и надежно спаять все вместе. После этого провод желательно изолировать, обмотав его по всей длине слоем скотча или любого другого подходящего изоляционного материала.
Каким бы проводом ни была выполнена сварочная обмотка и сколько бы она ни содер- жала отводов, все ее выводы следует завести через медные наконечники под клеммные болты диаметром 8—10 мм (рис. 42). Медные наконечники изготавливают из медных трубок подходящего диаметра длиной 25–30 мм и крепят на проводах опрессовкой и, желательно,
пропайкой.
Типовая вторичная обмотка содержит 65–70 витков медной изолированной шины сечением не менее 25 мм
2
(лучше сечением 35 мм
2
).
Вполне подойдет и гибкий многожильный провод (например, сварочный)
и трехфазный силовой многожильный кабель. Главное: сечение силовой обмотки не должно быть меньше требуемого, а изоляция – теплостойкой и надежной. При недостаточном сечении провода возможна намотка в два и даже в три провода.
Особое внимание следует уделить выбору изоляции. Для укладки обмоток, крепления провода, межрядовой изоляции, изоляции и крепления магнитопровода нужен тонкий, креп- кий и теплостойкий материал. При этом объем окон магнитопровода, в которые необходимо укладывать несколько обмоток толстыми проводами, очень ограничен, поэтому здесь дорог каждый миллиметр. При малых размерах сердечников изоляционные материалы должны занимать как можно меньший объем, т. е. быть как можно тоньше и эластичнее. Распро- страненную ПХВ-изоленту можно сразу же исключить из применения на греющихся участ- ках трансформатора. Даже при незначительном перегреве она становится мягкой и посте- пенно расползается или продавливается проводами, а при значительном перегреве плавится и пенится. Для изоляции и бандажа можно использовать фторопластовые, стекло– и лако- тканевые, киперные ленты, а между рядами – обычный скотч. Хороший изоляционный мате- риал стоит дорого, и его применение может сильно удорожить изготовление сварочного трансформатора. Скотч дешевый, обладает малой толщиной, эластичностью, достаточно теплоустойчив и крепок. Два-три слоя скотча между рядами провода практически не уве- личивают объем катушек. Его использование вполне оправданно с учетом температуры и
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
129
экономии средств. Особенно хорошо подходил для этих целей скотч отечественного произ- водства прошлых лет – не очень прозрачный, грубый и крепкий. Правда, найти его сейчас сложно, и предпочтение следует отдавать по возможности более жесткому материалу, кото- рый не тянется и легко не рвется.
Рис. 42. Крепление выводов сварочной обмотки:
1 – корпус СТ; 2 – шайбы; 3 – клеммный болт; 4 – гайка; 5 – медный наконечник с проводом
Проверка качества обмоток
После намотки первичной обмотки СТ необходимо проверить на наличие короткоза- мкнутых витков и правильность выбранного числа витков. Сварочный трансформатор вклю- чают в сеть через плавкий предохранитель (4–6 А) и желательно амперметр переменного тока. Если предохранитель сгорает или сильно греется – это явный признак короткозамкну- того витка. Следовательно, первичную обмотку придется перемотать, обратив особое вни- мание на качество изоляции.
Если сварочный аппарат сильно гудит, а потребляемый ток превышает 2–3 А, это озна- чает, что число первичной обмотки занижено и необходимо подмотать еще некоторое коли- чество витков. Исправный СТ потребляет ток холостого хода не более 1–1,5 А, не греется и гудит не сильно.
После изготовления вторичной обмотки необходимо провести настройку СТ и про- верку качества сварки электродами различного диаметра. Процесс настройки заключается в следующем. Для измерения сварочного тока и напряжения понадобятся амперметр пере- менного тока на 180–200 А и вольтметр переменного тока на 70–80 В. Схема их подключе- ния показана на рис. 43, а.
При сварке различными электродами снимают значения тока и напряжения сварки,
которые должны быть в требуемых пределах. Если сварочный ток мал, что бывает чаще всего
(электрод липнет, дуга неустойчивая), то в этом случае либо переключением первичной и вторичной обмоток устанавливают требуемые значения, либо перераспределяют количество витков вторичной обмотки (без их увеличения) в сторону увеличения числа витков, намо- танных поверх сетевой обмотки.
После сварки можно разломать или распилить кромки свариваемых изделий, и сразу станет ясно качество сварки: глубина провара и толщина наплавленного слоя металла.
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
130
По результатам измерений полезно составить таблицу. Исходя из ее данных, выбирают оптимальные режимы сварки для электродов различного диаметра, помня о том, что при сварке электродами, например, ∅3 мм электродами ∅2 мм можно резать, так как ток резки больше сварочного на 25–30 %.
Эти приборы будут удобны не только для первичной настройки СТ, но и при дальней- шей его работе, в связи с чем их можно стационарно закрепить на корпусе агрегата. Однако процесс измерений может быть затруднен в связи с отсутствием рекомендованных выше измерительных приборов. В таком случае можно прибегнуть к изготовлению измеритель- ной схемы на базе наиболее распространенного миллиамперметра постоянного тока на 1
—10 мА. Она состоит из измерителей напряжения и тока, собранных по мостовой схеме
(рис. 43, б).
Измеритель напряжения подключают к выходной (сварочной) обмотке СА. Настройку осуществляют с помощью любого тестера, которым контролируют выходное напряжение сварки. С помощью переменного сопротивления R3 стрелку прибора устанавливают на конечное деление шкалы при максимальном значении U
xx
. Шкала измерителя напряжения достаточно линейна. Для большей точности можно снять две-три контрольные точки и про- градуировать измерительный прибор на измерение напряжений.
Рис. 43. Измерение характеристик СТ:
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
131
а – схема подключения измерительных приборов; б – принципиальная схема измери- телей напряжения и тока сварки; в – конструкция трансформатора тока (1 – сердечник; 2 –
силовой провод сварочной обмотки; 3 – вторичная обмотка)
Более сложно настроить измеритель тока, поскольку он подключается к самостоя- тельно изготовленному трансформатору тока. Последний представляет собой сердечник тороидального типа с двумя обмотками (рис. 43, в). Размеры сердечника (внешний диа- метр 35–40 мм) принципиального значения не имеют, главное, чтобы уместились обмотки.
Материал сердечника – трансформаторная сталь, пермаллой или феррит. Вторичная обмотка состоит из 600–700 витков медного изолированного провода марки ПЭЛ, ПЭВ, лучше
ПЭЛШО диаметром 0,2–0,25 мм и подключена к измерителю тока. Роль первичной обмотки исполняет силовой провод, проходящий внутри кольца и подключаемый к клеммному болту.
Настройка измерителя тока заключается в следующем. К силовой (сварочной) обмотке СТ
подключают калиброванное сопротивление из толстой нихромовой проволоки на 1–2 с
(поскольку оно сильно греется) и измеряют напряжение на выходе СТ. По закону Ома опре- деляют ток, протекающий в сварочной обмотке. Например, при подключении R
н
= 0,2 Ом
U
вых
= 30 В.
Тогда
. Отмечают точку на шкале прибора. Достаточно
3–4 измерений с различными Rн, чтобы откалибровать измеритель тока. После калибровки приборы устанавливают на корпус СА.
При сварке в различных условиях (сильная или слаботочная сеть, длинный или корот- кий подводящий кабель, его сечение и т. д.) переключением обмоток настраивают СТ на оптимальный режим сварки, и далее переключатель измерителя можно установить в ней- тральное положение.
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
132
Особенности конструкций на
различных магнитопроводах
П-образный сварочный трансформатор
Наиболее распространенным типом среди сварочных трансформаторов промышлен- ного изготовления являются всевозможные варианты П-образных трансформаторов. Велика их популярность и среди самодельных конструкций благодаря хорошим сварочным характе- ристикам и относительной простоте в изготовлении. Основные части любого трансформа- тора – катушки и набор магнитопровода – здесь обычно собирают отдельно друг от друга и лишь в конце объединяют в единую конструкцию. Это не только упрощает процесс сборки,
но и повышает добротность и надежность СТ, так как можно применить и рационально раз- местить жесткие провода большего сечения.
Магнитопровод П-образного трансформатора состоит из набора пластин и имеет пря- моугольную форму с катушками с обеих сторон на длинных частях плеч. Методики для рас- чета параметров такого СТ были представлены выше.
Чаще всего самым дефицитным элементом самодельной конструкции является магни- топровод. Поэтому его характеристики и становятся обычно точкой отсчета. Диапазон гео- метрических размеров магнитопровода вписывается в такую «формулу»: минимальный –
такой, чтобы влезли катушки с проводом; максимальный – такой, чтобы можно было под- нять. Сечение набора пластин при этом может лежать в интервале 25–60 см
2
Магнитопровод П-образного трансформатора собирают из пластин двух типов: одина- ковой ширины и толщины, но разной длины. Более длинные пластины идут на плечи кату- шек; короткие – на замыкающие плечи. Впрочем, и это условие может быть нарушено: маг- нитопровод можно собрать из пластин одинаковой длины, тогда он получится квадратным.
Ухудшение сварочных характеристик в этом случае не будет слишком заметно, хотя при- бавка в весе менее рационально собранного железа может стать существенной. При сборке направление пластин может чередоваться – одна через одну; или же его можно чередовать пакетами по три пластины. Последний способ распространен при промышленной сборке,
но при ручном изготовлении он не даст ощутимых преимуществ, да еще придется вручную сортировать пластины по три штуки.
В самодельных и бытовых конструкциях главным образом отрабатываются самые про- стые схемы П-образного сварочного трансформатора, по большей части с одной из приве- денных выше компоновок обмоток. Более сложные промышленные схемы с подвижными обмотками, магнитным шунтированием магнитопровода, интегрированным в магнитопро- вод дросселем в быту, как правило, не используются ввиду сложности реализации и значи- тельной прибавки в весе.
Если обмотки трансформатора выполнены цилиндрическими, то теоретически на про- тивоположных плечах должно размещаться ровно по половине первичной и вторичной обмоток трансформатора. Однако на практике это может быть и не так, особенно если катушки выполнены с регулирующими отводами.
В идеале внешняя характеристика такого силового трансформатора должна устрем- ляться в сторону жесткой благодаря минимальному магнитному рассеиванию. Но на самом деле такие трансформаторы обладают нормальными сварочными характеристиками. И даже если они выполнены на компактных магнитопроводах с плотно сидящими обмотками, то и при этом не приходится прибегать к каким-либо дополнительным средствам улучшения
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
133
горения дуги. Это подтверждают тысячи изготовленных по подобной схеме и успешно экс- плуатируемых самодельных конструкций. Кроме того, такой СТ может обеспечить наивыс- ший КПД, а значит, максимальную выходную мощность сварки. Тем более что характери- стику вполне можно подправить сразу же в процессе изготовления, увеличив магнитное рассеивание путем добавления воздушных зазоров между слоями обмоток.
Трансформаторы, у которых обмотки разнесены по разным плечам, используют доста- точно редко по причине низкого тока КЗ и значительной разницы в мощности
22
Однако иногда бывает чрезвычайно целесообразен промежуточный вариант располо- жения обмоток, где часть вторичной обмотки намотана поверх первичной, а оставшаяся часть – на противоположном плече, где витков первичной нет. В таком случае достигается больший прирост тока КЗ по сравнению с разнесенной схемой, но меньшая мощность, чем в случае типичного трансформатора с цилиндрическими обмотками.
Подобная схема может понадобиться по следующим причинам. В бытовых условиях мощность трансформатора 180–200 А востребована крайне редко. Как правило, она не нужна и даже нежелательна, особенно если обмотки выполнены слабым проводом, а сеть не держит чересчур мощную нагрузку. Как известно, для уменьшения мощности следует уве- личивать количество витков первичной обмотки, что влечет за собой увеличение числа вит- ков и вторичной, – приходится больше мотать провода, который занимает место. В компакт- ных магнитопроводах может оказаться, что места для лишних витков попросту нет. Тогда и придет на помощь комбинированная схема (рис. 44), когда уменьшение мощности ведется не за счет витков, а за счет иного расположения обмоток. При этом одна секция вторичной обмотки может содержать 30–60 % от полного числа вторичных витков. Чем большая часть витков вторичной обмотки расположена поверх первичной, тем большей будет выходная мощность при сварке.
Теперь рассмотрим практические моменты изготовления П-образного трансформа- тора. Как отмечалось ранее, выгодное отличие П-образного трансформатора в том, что катушки можно изготовить отдельно от магнитопровода. Подобной эффективностью при сборке отличаются далеко не все типы конструкций самодельных трансформаторов. Перед намоткой катушек сначала для них необходимо изготовить каркасы, куда и будет уклады- ваться провод. В простейшем случае каркас может быть сделан из нескольких слоев толстого картона, свернутого в виде короба. Но лучше каркас сделать из более жесткого материала:
ДВП, текстолита, фанеры и т. д. Внутренние размеры каркаса делают несколько бóльшими,
чем сечение магнитопровода, хотя бы по бокам так, чтобы между ними оставались зазоры по несколько миллиметров. В зазоры потом забивают фиксирующие колышки.
Рис. 44. Комбинированная схема расположения обмоток на магнитопроводе
22
Пример различия характеристик таких СТ приведен выше в главе «Расположение обмоток».
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
134
При укладке жесткого провода придется прилагать значительные усилия, и это может деформировать и испортить каркас. Поэтому внутрь полости каркаса необходимо вре- менно поместить какой-нибудь жесткий материал, заполняющий весь его внутренний объем.
Обычно для этого используют дерево, но ни в коем случае нельзя использовать один сплош- ной деревянный брус. Ведь если каркас под давлением провода сильно ужмется, то дере- вянную вставку потом невозможно будет извлечь без риска повреждения готовой обмотки.
Лучше вставить 2–3 сложенные вместе доски. Одну из них всегда можно будет безболез- ненно удалить, после чего выйдут и остальные.
Боковые щечки на каркасах сварочных трансформаторов можно не делать, они будут только препятствовать оттоку тепла из внутренних слоев обмоток. Однако каждый слой про- вода необходимо надежно фиксировать. Для этого под слой провода в 3–4 местах с разных сторон поперек виткам кладут отрезки киперной ленты из ткани или грубые веревки. После завершения слоя лента стягивается и завязывается, надежно фиксируя витки.
Между слоями провода укладывают изоляцию – лакоткань, киперную или стеклотка- невую ленту. В случаях, когда межслоевая изоляция занимает значительный объем и препят- ствует охлаждению трансформатора, что особенно актуально для компактных конструкций с ограниченным объемом магнитопровода, для межслоевой изоляции можно использовать несколько слоев крепкого и жесткого скотча.
Некоторые авторы рекомендуют пропитывать готовые обмотки специальным пропи- точным лаком или же покрывать слои провода эмалевой краской. Но здесь нужно учиты- вать, что пропиточный лак по технологии сохнет только при высокой температуре, для чего используют сушильные шкафы. К тому же применение красок и лаков может привести к отрицательным последствиям в будущем, если предполагается перемотка катушек (а пол- ностью такую возможность в самодельном трансформаторе исключить нельзя). Высохшая краска намертво склеит витки обмотки, и при их рассоединении будет содрана собственная изоляция провода, после чего последний придет в негодность.
Между слоями провода и между обмотками рекомендуется вставлять поперечные планки толщиной 7—10 мм. Это нужно прежде всего для образования внутри обмоток воз- душных зазоров, через которые будет выходить теплый воздух. Это улучшит вентиляцию и температурный режим трансформатора. Кроме того, зазоры увеличивают объем катушек, а значит, и магнитное рассеивание трансформатора, что самым положительным образом ска- зывается на его сварочных характеристиках. Планки могут быть изготовлены из дерева или любого другого диэлектрика. Их ставят несколько штук по длине витка катушки с опреде- ленными интервалами. В компактных магнитопроводах с внутренней стороны планки не ставят, чтобы не занимать лишний объем окна. Имеет смысл устанавливать планки через каждые два слоя провода (кроме первого слоя), тогда каждый слой одной стороной будет выходить на воздушный зазор (рис. 45, а).
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
135
Рис. 45. Организация вентиляции обмотки СТ:
а – на прямоугольном каркасе; б – на цилиндрическом каркасе
В некоторых случаях, если размеры магнитопровода позволяют, легче изготовить кар- кас для обмоток круглого сечения, особенно если есть отрезки подходящей картонной или пластмассовой трубы. Мотать на круглом каркасе легче, тем более обеспечивается лучшая сохранность провода, так как отсутствуют прямые изгибы на углах. Увеличенные зазоры между каркасом и магнитопроводом заполняют деревянными кольями соответствующих размеров и формы (рис. 45, б).
На завершающей стадии сборки классического П-образного трансформатора готовые катушки надевают на уже сложенный П-образный фрагмент магнитопровода, после чего набивают пластины заключительного верхнего плеча. Потом магнитопровод плотно стяги- вают на краях с помощью пластин и шпилек, а в зазоры между каркасами катушек и железом забивают фиксирующие колышки. В некоторых случаях пластины имеют на краях отвер- стия, что дает возможность стягивать магнитопровод шпильками сквозь отверстия по его углам. В этом случае шпильки следует изолировать: натянуть кембрик, обмотать изолентой или просто покрасить. Также следует обязательно изолировать шпильки и гайки от стягива- ющих пакеты пластин, подложив в места сопряжения изолирующие шайбы. Если этого не сделать, то может возникнуть ситуация, аналогичная короткозамкнутому витку, и, как след- ствие, разогрев магнитопровода, падение мощности и ухудшение свойств трансформатора.
Иногда для изготовления П-образного трансформатора используют крупные Ш-образ- ные пластины. В них зубилом вырубают средние сегменты, получая П-образные пластины
(рис. 46). Недостаток такого решения в том, что намотанные катушки при сборке можно будет посадить лишь на короткие плечи, так как у большинства Ш-образных трансформато- ров ширина пластины больше высоты. Если же наматывать обмотки на уже собранный маг- нитопровод, протягивая каждый виток через окно, трансформатор такого конструктивного типа покажет довольно высокие КПД и выходную мощность.
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
136
Рис. 46. Получение П-образных пластин из Ш-образных
Принципиальное значение имеет способ соединения между собой находящихся на раз- ных плечах обмоток. Взаимное направление потоков в противоположных плечах должно быть направлено в разные стороны относительно их продольных осей. Это значит, что направление течения тока в витках катушек на разных плечах должно быть в разные сто- роны: в одной – по часовой стрелке; в другой – против часовой. Наматывать все катушки имеет смысл в одну сторону, а при сборке СТ устанавливать их таким образом, чтобы направ- ление намотки совпадало на обоих стержнях. Тогда соединять обмотки между собой на раз- ных плечах будет проще – началами, т. е. выводами изнутри катушек.
Последние же, верхние витки нужно будет включать в питающую или сварочную цепь для первичной или вторичной обмотки соответственно. Разумеется, выводы можно соеди- нить и наоборот – концами, т. е. последними, верхними витками. Тогда подключение к сети и сварочной цепи осуществляется от внутренних – первых – витков. Если обмотки соединить неправильно – в противофазе, то в случае первичной трансформатор возьмет непомерный ток и будет сильно гудеть при включении; для вторичной же выходное напряжение будет близко к нулю.
Катушки должны иметь хорошую корпусную изоляцию и прочно закрепляться на стержнях деревянными клиньями. Разумеется, окно магнитопровода должно быть таким,
чтобы катушки, расположенные на противоположных стержнях, не касались друг друга.
1 ... 13 14 15 16 17 18 19 20 ... 31
Изготовление самодельного магнитопровода
Обычно при самостоятельном изготовлении СТ используют магнитопровод, уже побы- вавший в употреблении. Это может быть горячекатаная или холоднокатаная сталь от старого сварочного трансформатора или силового трансформатора подстанции. Желательно, чтобы трансформаторная сталь была холоднокатаной. Она обладает лучшими магнитными харак- теристиками по сравнению с горячекатаной. Это позволяет изготавливать из нее наиболее компактные трансформаторы.
Тип проката легко определить по цвету стали. Холоднокатаная сталь имеет белый цвет; горячекатаная – темный, почти черный, цвет. Кроме этого, горячекатаная сталь очень ломкая и имеет хорошо видимое лаковое покрытие.
Однако может так случиться, что под рукой не окажется специализированной транс- форматорной стали. Еще чаще габариты имеющегося магнитопровода не удовлетворяют
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
137
нуждам мастера-самодельщика. В этом случае сердечник трансформатора можно изготовить из почти любого листового железа. Лучше всего для этих целей подходит обыкновенное мяг- кое железо, а вернее – жесть толщиной 0,3–0,5 мм. Для снижения потерь перемагничивания железо необходимо предварительно отжечь в муфельной печи или на углях при температуре красного каления и дать возможность медленно остыть. Затем железо очищают от окалины,
ровняют и покрывают слоем лака. Лаковое покрытие необходимо для осуществления элек- трической изоляции отдельных листов сердечника. Для этих же целей между листами стали можно прокладывать тонкие листы конденсаторной бумаги или кальки. Для хорошего пере- крытия стальных листов размеры листов бумажных должны быть больше на 2–3 мм.
Конструкция самодельного стержневого сердечника сварочного трансформатора изоб- ражена на рис. 47. Сердечник набран из пластин кровельной стали толщиной 0,27—0,5
мм. Имеющееся железо сначала рубят на полосы, потом режут на фрагменты с размерами согласно чертежу. Заусенцы на краях рубленого железа необходимо удалить с помощью над- филя или мелкого напильника. Затем заготовки отжигают и лакируют по вышеприведенной методике. Собирается сердечник «вперекрышку» с возможно меньшими зазорами в местах стыковки отдельных листов.
Рис. 47. Конструкция самодельного сердечника сварочного трансформатора
Сварочные трансформаторы
на магнитопроводе от ЛАТРов
Распространенным материалом для изготовления самодельных сварочных трансфор- маторов издавна являются лабораторные автотрансформаторы (далее – ЛАТРы). Как пра- вило, все ЛАТРы имеют примерно одинаковый внешний вид: хорошо вентилируемый жестя- ной корпус круглой формы с жестяной или эбонитовой лицевой крышкой со шкалой от 0 до
250 В и вращающейся рукояткой. Внутри корпуса находится тороидальный автотрансфор- матор, выполненный на магнитопроводе значительного сечения. Этот сердечник и понадо- бится для изготовления СТ.
ЛАТРы выпускали разных типов с максимальными токами от 2 до 10 А. Для изготов- ления СТ годятся только те, размеры магнитопроводов которых позволяют уложить необхо- димое количество провода. Наиболее распространенным среди них является автотрансфор- матор типа ЛАТР 1М, рассчитанный, в зависимости от провода обмотки, на токи 6,7–9 А,
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
138
но сердечник при этом использовался один и тот же. Он имеет следующие размеры: внеш- ний диаметр – 127 мм; внутренний диаметр – 70 мм; высота кольца – 95 мм; сечение S =
21 см
2
; вес около 6 кг. Этого вполне достаточно, чтобы изготовить вполне работоспособный сварочник для бытовых нужд.
Если вам достался сгоревший ЛАТР, с него надо снять ограждение, арматуру и удалить сгоревшую обмотку. Освобожденный магнитопровод должен быть изолирован от будущих слоев обмотки электрокартоном или двумя слоями лакоткани.
Обмотки СТ расположены равномерно по поверхности магнитопровода. В первичной обмотке применен провод ПЭВ-2 ∅1,2 мм, длиной 170 м. Для удобства работы можно исполь- зовать челнок в виде деревянной рейки 40 × 500 мм с прорезями на концах, на который предварительно намотан весь провод (рис. 48, а). Челнок с проводом продевают сквозь окно,
освобождают виток провода и затем переносят в обратном направлении, но уже поверх тора.
Первичную обмотку изолируют двумя слоями стекло– или лакоткани.
Не следует стремиться намотать первичную обмотку быстро и за один раз. Процесс этот медленный, а после укладки жестких проводов начинают болеть пальцы. Лучше сделать это за 2–3 подхода, ведь качество важнее скорости.
Вторичная обмотка располагается поверх первичной. Она может иметь от 45 до 65
витков и мотается шиной в хлопчатобумажной или стеклотканевой изоляции или канатиком
(набором проводов) с общим сечением проводников от 6 мм
2
до 15 мм
2
. Канатик делают из обмоточных проводов, которые, в принципе, могут быть любого диаметра, но лучше всего использовать провода типа ПЭЛ или ПЭВ ∅0,5–1,5 мм. Свитые проводники канатика изо- лируются хлопчатобумажной лентой (см. рис. 48, б). Внутри провод располагают виток к витку, а с внешней стороны с небольшим зазором – для равномерного расположения и луч- шего охлаждения.
Работу по укладке провода удобнее выполнять вдвоем: один осторожно, не задевая за соседние витки, чтобы не повредить изоляцию, протягивает и укладывает провод, а помощ- ник удерживает свободный конец, предохраняя его от скручивания.
Иногда возникает соблазн избавить себя от лишней работы и использовать уже гото- вую, прекрасно уложенную первичную обмотку. Однако польза от этого будет минимальной.
Обмотка ЛАТР 1М имеет 265 витков провода диаметром 1 мм. Если намотать вторичную прямо на нее, то трансформатор станет развивать непомерную для себя мощность, быстро нагреется и выйдет из строя. Ведь даже при работе с электродами ∅2 мм, которым доста- точно тока 50–60 А, по первичной обмотке будет течь ток около 15 А. Для такой мощности первичка должна содержать около 400 витков. Их можно домотать, предварительно покрыв лаком токоотводящую дорожку и изолировав родную обмотку ЛАТРа. Можно поступить и по-другому – не доматывать витки, а погасить мощность балластным сопротивлением,
включенным в цепь первичной или вторичной обмотки. В качестве активного сопротивле- ния можно использовать батарею параллельно соединенных мощных проволочных резисто- ров, например ПЭВ-50 или ПЭВ-100 суммарным сопротивлением до 10 Ом, включенных в цепь первичной обмотки. Во время работы резисторы будут сильно греться. Чтобы избежать этого, их можно заменить реактивным сопротивлением – дросселем. Дроссель мотают на каркасе 100—200-ваттного трансформатора количеством витков 100–200. Чаще всего витки подбирают экспериментально.
Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
139
Сварочный трансформатор будет обладать значительно лучшей характеристикой, если балластное сопротивление (сотые доли Ома) включено на выходе вторичной обмотки –
последовательно в цепь провода держателя электродов. Этим же балластом осуществляется и регулировка тока. Балласт представляет собой нихромовую или константановую прово- локу ∅3 мм и длиной 5 м, свернутую «змейкой», которая крепится к асбестоцементному листу. Все соединения проводов и балласта осуществляются с помощью болтов М10. Мето- дом подбора, перемещая по «змейке» точку присоединения провода, устанавливают требу- емый ток.
Собранный трансформатор помещают на изолированную площадку в прежний кожух,
предварительно просверлив в нем отверстия для вентиляции. Провода первичной обмотки подключают к сети 220 В кабелем ШРПС или ВРП. Выводы вторичной обмотки соединяют с гибкими изолированными проводами ПРГ; к одному из них крепится держатель электродов,
а к другому – свариваемая деталь. Этот же провод для безопасности сварщика заземляют. В
цепи первичной обмотки необходимо предусмотреть отключающий автомат АП-25.
Для сварки с таким СТ применяют электроды типа Э-5РА УОНИИ-13/55-2,0-УД1 ∅1–
3 мм. Ими можно выполнить большинство бытовых сварочных работ. Но, как показывает практика, одного ЛАТРа недостаточно для серьезной работы. Из-за небольшого сечения магнитопровода и малого размера его окна, ограничивающего сечение провода вторичной обмотки, такой СТ будет сильно перегреваться даже после работы с 1–2 электродами ∅3 мм.
Чтобы «выжать» максимум возможностей из одного такого магнитопровода, можно выполнить первичную обмотку из 200 витков медного провода ∅1,8 мм, а вторичную – из
44 витков шины или канатика сечением 16 мм
2
. Но при этом следует, во-первых, пропитать каждую обмотку эпоксидной смолой и вторичную обмотку наматывать только после того,
как полностью высохнет пропитка первичной. Между обмотками обязательно проложите два слоя изоляции. И во-вторых, все время работы СТ должен обдуваться вентилятором.
Трансформатор в это время стоит на боку, чтобы поток воздуха свободно проходил через оставшееся после намотки окошко внутри него. Можно использовать вентилятор УВО-2,6–
6,5-У4 с фазосдвигающим конденсатором МБГО 1,0 мкф × 400 В.
Подойдут и любые другие «плоские» вентиляторы диаметром 130–150 мм.
В этом случае СТ заключают в корпус, который изготавливают из двух квадратных щитов 10-миллиметровой фанеры. Длина сторон квадрата должна на 20–30 мм превышать наибольший диаметр тороидального сердечника с обмотками. Щиты по углам стягиваются шпильками с резьбой М8. В центре каждого щита вырезано по отверстию для вентиляции диаметром, соответствующим размеру вентилятора. К одному из щитов вентилятор и кре- пится. К торцам щитов, на которых будет стоять конструкция, для устойчивости можно при- крепить площадку из той же фанеры или полозья из металлического профиля.
Щиток для крепления выводов обмоток СТ изготавливают из 5—10-миллиметрового текстолита или гетинакса. Клеммы выводов первичной и вторичной обмоток располагают на противоположных сторонах трансформатора. В качестве клемм для первичной обмотки используют болты М8, для вторичной обмотки – болты М12. Клеммную сборку закрывают крышкой, закрепляя ее на мебельных петлях.
Существуют ЛАТРы и с более объемными магнитопроводами, например РНО-250-2 и др. Они гораздо лучше подходят для изготовления СТ, но менее распространены. У других автотрансформаторов, аналогичных по параметрам ЛАТР 1М, например АОСН-8-220, маг- нитопровод имеет другие размеры: внешний диаметр кольца больше, но зато меньше высота и диаметр окна. В таких случаях, чтобы повысить продолжительность работы СТ, необхо- димо расширить диаметр окна.
Кольцо магнитопровода состоит из намотанных друг на друга отрезков железной ленты, скрепленной по краям точечной сваркой. Для того чтобы увеличить внутренний диа-