Файл: Юрий Федорович ПодольскийСварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка.pdf

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
153
В одном из вариантов подключения катушки среднего плеча не понадобятся вообще –
работать будут только обмотки на крайних плечах. Две первичные обмотки с крайних плеч нужно соединить между собой параллельно.
Рис. 54. Схемы подключения обмоток осветительного трансформатора 220–380/36 В
мощностью 3,5 (2,5) кВт для проведения сварочных работ:
а – расположение катушек на магнитопроводе; б – вариант с двумя рабочими обмот- ками; в – вариант со всеми рабочими обмотками. Пунктиром со стрелками показаны маг- нитные потоки в железе (для первичных обмоток) и магнитные потоки взаимоиндукции (для вторичных обмоток)
Ввиду того что магнитный поток должен циркулировать в магнитопроводе в одном направлении – по замкнутому кругу, катушки на противоположных плечах должны созда- вать потоки в противоположные стороны относительно, скажем, оси центрального плеча –
одна вверх, другая вниз. Так как катушки намотаны одинаково, то токи в них должны течь в противоположных направлениях. Значит, при параллельном соединении начало 1-й нужно соединить с концом 2-й, конец 1-й – с началом 2-й. Вторичные обмотки соединяются после- довательно, соединяясь между собой концами либо началами (рис. 54, б). Если обмотки под- ключены правильно, то выходное напряжение холостого хода должно ненамного превышать
50 В.
Можно задействовать и все три катушки. Схема такого подключения приведена на рис. 54, в. Три вторичные обмотки включают последовательно. Подключение двух катушек первичной обмотки такое же, как и в предыдущей схеме. В таком режиме СТ будет рабо- тать с электродом ∅3 мм, не перегреваясь, очень долго, а дуга на электроде будет исключи-

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
154
тельно устойчива. Если же замкнуть пакетный переключатель SA1, в цепь включается тре- тья катушка, и можно использовать электроды ∅4 мм. При работе от обычной розетки 220 В
ток, потребляемый СТ с таким подключением, не превышает 20 А.

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
155
Регулирование переменного сварочного тока
Большинство промышленных схем регулирования мощности слишком сложны для полноценной реализации на самодельных СТ, да и вряд ли оправданно их использование для бытовых нужд. Рассмотрим упрощенные, реально используемые в самодельном испол- нении способы регулирования тока СТ.
Как упоминалось выше, можно регулировать ток СТ, переключая промежуточные отводы обмоток (см. рис. 38). Однако такой способ подходит больше 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 при- ведет к падению напряжения во вторичной цепи.
Самое широкое распространение получил очень простой и надежный способ регули- ровки тока с помощью включенного на выходе вторичной обмотки балластного сопротивле- ния. Его сопротивление составляет порядка сотых или десятых долей ома, и подбирается оно экспериментально. Издавна с этой целью используют мощные проволочные сопротивления,
применявшиеся в подъемных кранах и троллейбусах, а также отрезки спиралей ТЭНов или куски толстой высокоомной проволоки. Несколько уменьшить ток можно даже с помощью растянутой дверной пружины из стали. Балластное сопротивление можно включать ста- ционарно (рис. 55, а) или так, чтобы потом можно было относительно легко выбрать нужный ток. Большинство проволочных резисторов высокой мощности изготовлены в виде откры- той спирали, установленной на керамический каркас длиной до полуметра. Как правило, в спираль смотана и проволока от ТЭНов. Один конец такого сопротивления подключают к выходу СТ, а конец провода «массы» или держателя электродов оборудуют съемным зажи- мом, который легко перебросить по длине спирали сопротивления, выбирая нужный ток
(рис. 55, б). К недостаткам такого способа регулировки надо отнести громоздкость сопро- тивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении. Зато балластные сопротивления, пусть даже и грубой и примитивной конструкции, улучшают динамическую характеристику СТ, сдвигая ее в сторону крутопадающей.
И всё же регулировка тока во вторичной цепи СТ связана с определенными пробле- мами. Через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его гро- моздкости. Кроме того, для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощ- ные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200 А. Другое дело цепь первичной обмотки, где токи в пять раз меньше, переключатели для которых являются шир- потребом. Последовательно с первичной обмоткой можно включать активные и реактивные сопротивления. Только в этом случае сопротивления резисторов и индуктивности дроссе- лей должны быть значительно большими, чем в цепи вторичной обмотки. Так, батарея из нескольких параллельно соединенных резисторов ПЭВ-50-100 суммарным сопротивлением
6–8 Ом способна понизить выходной ток 100 А вдвое. Можно собрать несколько батарей и установить переключатель. Если же нет в распоряжении мощного переключателя, то можно обойтись несколькими. Установив резисторы по схеме, приведенной на рис. 55, в, можно добиться комбинации 0; 4; 6; 10 Ом.
Вместо резисторов, которые при работе будут сильно нагреваться, можно установить
реактивное сопротивление – дроссель, который можно намотать на каркасе от трансфор- матора 200–300 Вт, например от телевизора, сделав отводы через каждые 40–60 витков,
подключенные к переключателю (рис. 55, г). Погасить мощность можно, включив в каче- стве дросселя вторичную обмотку такого трансформатора, рассчитанную примерно на 40 В.
Дроссель можно изготовить и на незамкнутом – прямом – сердечнике. Это удобно, когда уже есть готовая катушка с 200–400 витками подходящего провода. Тогда внутрь ее надо набить

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
156
пакет прямых пластин из трансформаторного железа. Необходимое реактивное сопротив- ление подбирают в зависимости от толщины пакета, ориентируясь по сварочному току СТ.
Например, дроссель, изготовленный из катушки, содержащей около 400 витков провода диа- метром 1,4 мм, набит пакетом железа с общим сечением 4,5 см
2
и длиной, равной длине катушки (14 см). Это позволит уменьшить ток СТ примерно в 2 раза.
Дроссель такого типа можно сделать и с плавно регулируемым реактивным сопротив- лением. Надо изготовить конструкцию для регулировки глубины ввода стержня сердечника в полость катушки (рис. 55, д). Катушка без сердечника обладает ничтожным сопротивле- нием, а при полностью введенном стержне ее сопротивление максимально.
Рис. 55. Регулировка тока СТ:
а – нерегулируемым балластным сопротивлением; б – регулируемым балластным сопротивлением; в – магазином сопротивлений; г – переключаемым дросселем; д – регули- руемым дросселем (1 – катушка; 2 – сердечник; 3 – фиксатор)
Следует отметить, что дроссель, намотанный подходящим проводом, мало греется, но у него сильно вибрирует сердечник. Это надо учитывать при стяжке и фиксации набора пла- стин железа. Кроме того, у трансформаторов с небольшими токами холостого хода (0,1–0,2
А) вышеописанные сопротивления в цепи первичной обмотки СТ практически не влияют на их выходное напряжение холостого хода, и это не сказывается на процессе зажигания дуги. Но у СТ с током холостого хода 1–2 А при внесении в первичную цепь балластного сопротивления выходное напряжение уменьшается уже ощутимо.
Каких-либо выраженных отрицательных влияний на зажигание и горение дуги добав- ленные последовательно первичной обмотке активные и реактивные сопротивления не ока- зывают. Однако качество дуги, по сравнению с включением гасящего резистора в цепь вто-

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
157
ричной обмотки, все же ухудшается. Впрочем, вполне допустимо комбинировать регуляторы или ограничители тока разных типов.
Простой электронный регулятор сварочного тока
Принципиальная электрическая схема этого несложного устройства приведена на рис. 56. Основные его элементы – тиристоры VS1 и VS2 – включены встречно-параллельно друг другу. Они открываются поочередно импульсами тока, формируемыми транзисторами
VT1 и VT2.
При включении регулятора в сеть оба тиристора закрыты, конденсаторы С1 и С2 начи- нают заряжаться через переменный резистор R7. Как только напряжение на одном из кон- денсаторов достигает величины лавинного пробоя транзистора, последний открывается и через него идет ток разряда соединенного с ним конденсатора. Это приводит к открытию соответствующего тиристора, который подключает сварочный аппарат к сети. После начала следующего, противоположного по знаку полупериода переменного тока тиристор закрыва- ется и начинается новый цикл зарядки конденсаторов, но уже в обратной полярности. Теперь открывается второй транзистор, и второй тиристор снова подключает сварочный аппарат к сети. Изменением сопротивления переменного резистора R7 можно регулировать момент включения тиристоров в течение полупериода, что приведет к изменению сварочного тока.
Регулятор собирают на тиристорах, рассчитанных на прямой ток более 40 А и напря- жение не менее 400 В, типа Т131-40-4, Т132-50-4, Т141-63-4 и др. Транзисторы VT1 и VT2
– маломощные, высокочастотные типа П416, П422—П423, ГТ 308, ГТ320, ГТ338. Конден- саторы – типа МБМ, К73 или другие аналогичные на напряжение не менее 40 В. Резисторы
– типа МЛТ-0,5. Переменный резистор R7 ввиду гальванической связи сети с элементами регулятора должен быть с пластмассовой осью. Правильно собранный регулятор практиче- ски не требует налаживания. Для увеличения пределов и плавности регулирования свароч- ного тока значение переменного резистора рекомендуется установить опытным путем.
Рис. 56. Схема простого блока регулировки сварочного тока
Схему собирают в отдельном корпусе из изоляционного материала с вентиляционными отверстиями и включают в разрыв жилы сетевого провода СТ.
Необходимо помнить, что форма сварочного тока в устройствах с тиристорным регу- лированием отличается от синусоидальной и действующее значение тока, характеризующее

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
158
тепловые потери в обмотках, регулирующем тиристоре, больше среднего значения свароч- ного тока. В общем случае это приводит к необходимости увеличивать сечение проводов обмоток трансформаторов, применять более мощные тиристоры и устанавливать их на ради- аторы большей площади. Если же применять устройство с уже имеющимся трансформато- ром с недостаточным сечением проводов обмоток, необходимо строго выдерживать режим работы – повторно-кратковременный, особенно при работе на больших сварочных токах.
Особенно быстро происходит нагрев в режиме резки металла, поэтому и «отдыхать» аппа- рат в этом случае должен чаще и дольше. Дополнительно увеличить продолжительность включения трансформатора можно, установив на его корпусе вентилятор принудительного охлаждения.
Недостатком данного регулятора является то, что зажигание сварочной дуги на малых токах требует на начальном этапе определенной сноровки. Однако этот недостаток не про- является при работе на средних и больших токах. Поэтому можно рекомендовать зажигать дугу на больших или средних токах и, не прерывая ее горения, регулятором уменьшать сва- рочный ток до необходимого.

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
159
Рис. 57. Принципиальная электрическая схема сварочного трансформатора
Если провода требуемого диаметра нет, обмотку можно выполнить двумя проводами,
при этом их суммарное сечение должно составлять 5 мм
2
. Ток холостого хода первичной обмотки не должен превышать 0,3–0,5 А.
Вторичную обмотку II выполняют проводом сечением 35 мм
2
, она содержит 60 витков.
В качестве провода может служить медная или алюминиевая шина с надежной изоляцией.
Рядом с обмоткой II на магнитопроводе размещают обмотку III, которая содержит тоже 60
витков провода, но уже потоньше – марки ПЭВ-2 ∅2,5 мм. Обмотка IV содержит 40 витков провода марки ПЭВ-2 ∅0,7 мм с отводом от середины. При указанном ранее токе холостого хода на обмотках II и III должно быть напряжение 60 В, а на обмотке IV – 40 В.
В основе блока электронной регулировки тока лежит схема аналогичного устройства промышленного изготовления, а именно трансформатора ТС-200. Монтажная схема регуля- тора выполняется печатным или навесным способом, но в любом случае регулятор должен быть заключен в собственный надежный корпус.
Трансформатор Тр2 наматывают на магнитопроводе Ш16 с толщиной набора 16 мм.
Его обмотка I содержит 140 витков провода марки ПЭВ-2 ∅0,5 мм, обмотка II – 70 витков провода ПЭВ-2 ∅0,1 мм, обмотки III и IV содержат по 90 витков провода ПЭВ-2 ∅0,5 мм.
Резисторы R1—R9 – типа МЛТ-0,5; R10, R11 – типа МЛТ-2; R12 – типа СП2—6А.
Конденсаторы С1 и СЗ – типа К-50-6; С2 и C4 – типа К73. Тиристоры VS1 и VS2 уста- навливают на теплоотводах с площадью поверхности 1000 мм
2
каждый.
Блок, собранный без ошибок и из исправных деталей, в наладке не нуждается.
Один из вариантов конструктивного оформления СТ представлен на рис. 58. Транс- форматор Тр1 закреплен на круглом основании ∅400 мм из текстолита толщиной 10 мм или из фанеры толщиной 15 мм. Под трансформатор следует подложить два бруска из твердого дерева сечением 30 × 30 мм и длиной 350 мм для обеспечения циркуляции воздуха и улуч- шения охлаждения его при работе. К основанию трансформатор крепится стяжным болтом
М12 соответствующей длины. На верхней пластине крепят радиаторы с тиристорами.

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
160
Рис. 58. Монтажная схема трансформатора:
1 – обмотка трансформатора; 2 – радиатор тиристора; 3 – тиристор; 4 – верхняя пла- стина; 5 – брусок; 6 – ручки для переноски; 7 – корпус блока регулировки; 8 – потенциометр
(R12); 9 – клемма для подсоединения сварочного кабеля; 10 – крепежный болт; 11 – нижняя пластина; 12 – скоба для намотки сетевого кабеля; 13 – сетевой кабель
Основание имеет две ручки для переноски трансформатора, изготовленные из сталь- ной трубы 1/2˝. К этим же ручкам прикреплены две текстолитовые пластины толщиной 6
мм. На одной из них установлен блок регулировки тока, потенциометр R12, а также закреп- лены клеммы для подсоединения сварочного кабеля (болты М12). На второй пластине уста- новлены две скобы для намотки сетевого кабеля после окончания работы. Здесь же можно установить и автоматический выключатель, рассчитанный на ток не менее 25 А.

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
161
Трансформатор допускает следующий режим эксплуатации: работа – 1 ч, перерыв –
10 мин. Сварку производят электродами марки Э-5РА УОНИ-13/55-2,5 УД-1 требуемого диа- метра.

Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка»
162
Сварочные источники постоянного тока
Все рассмотренные ранее сварочные источники являются источниками переменного тока. Они довольно просты в изготовлении и надежны в эксплуатации. Однако использова- ние постоянного тока позволяет во многих случаях улучшить качество сварки, что рассмат- ривалось в первом разделе данной книги. Кроме того, некоторые типы электродов, например для нержавеющей стали, требуют только постоянный ток, а электроды, предназначенные для переменного тока, нормально работают и на постоянном токе. Даже надоедливого (и даже вредно действующего на людей) треска при сварке постоянным током нет. А все потому,
что отсутствует главная, присущая сварочным аппаратам переменного тока особенность, –
прерывистое горение дуги при перетекании синусоиды питающего напряжения через ноль.
Простые выпрямительные устройства
Сварочные аппараты постоянного тока состоят из уже хорошо нам известного сва- рочного трансформатора и устройства, преобразующего переменный ток в постоянный.
Причем переделан может быть любой СТ, поэтому их конструкции мы более рассматривать не будем. Займемся тем, что позволяет получить постоянный (а также регулируемый) сва- рочный ток.
Самый простой способ получить сварочный аппарат постоянного тока – подключить к выводам вторичной обмотки СТ мостовой выпрямитель (рис. 59).
Выпрямительный мост в любительских схемах чаще всего выполнен на основе мощ- ных диодов типа Д161-200, Д161-320, В200. Эти диоды имеют внушительные размеры, а их корпус посажен на алюминиевые радиаторы. Причем корпус диода, а значит, и крупный радиатор находятся под напряжением, поэтому диоды с радиаторами должны крепиться так,
чтобы не касаться токопроводящих частей корпуса аппарата. При этом должны использо- ваться две группы разнополярных диодов: одна пара с катодом на резьбовом выводе и пара,
у которой на резьбовом выводе анод
23
. Благодаря этой особенности пары радиаторов в каж- дой из двух групп диодов можно не изолировать друг от друга. Но радиаторы групп между собой ни в коем случае не должны иметь контакт. Как показано на рис. 60, пары радиаторов соединены между собой шпильками ∅8 мм. Резьбовые концы этих же шпилек одновременно являются выходными клеммами выпрямителя: «+» и «—». Между двумя группами радиато- ров при сборке установлена изолирующая прокладка из резины толщиной 5 мм.
23
В обозначениях силовых выпрямительных диодов, выпускающихся в соответствии с ГОСТ-20859, для маркировки диодов с обратной полярностью введен специальный символ «X». Например, Д161-200Х-8. Это расшифровывается так:
диод силовой, выпрямительный, первой модификации, со штыревой конструкцией корпуса и гибким выводом, размер шестигранника под ключ 32 мм, максимальный выпрямленный ток 200 А, максимальное повторяющееся обратное напря- жение 800 В, обратной полярности («—» – катодом является основание). Диод того же типа, но без символа «X» в марки- ровке: Д161-200-8 – то же, прямой полярности («+» – анодом является основание). Подавляющее большинство силовых выпрямительных диодов выпускают как в прямой, так и в обратной полярности.