Напряжение холостого хода сварочного инвертора — это напряжение между положительным и отрицательным выходными контактами устройства при отсутствии дуги. У сварочного инвертора в исправном состоянии оно должно находиться в пределах, указанных в инструкции производителя. Обычно это напряжение от 40 В до 90 В. Такой номинал обеспечивает легкое зажигание дуги при сварке металла. Это создает и безопасность работы сварщика.
Напряжение холостого хода: как возникает и на что влияет
Напряжение холостого хода получается путем преобразования напряжения питающей сети (220 В или 380 В, 50 Гц) в двух последовательных преобразователях, сначала в напряжение постоянного тока, а затем в переменное частотой 20-50 кГц. Затем высокочастотное напряжение подается на регулятор, поддерживающий необходимую величину напряжения на выходных клеммах и заданную силу тока при зажигании дуги.
Многие считают, что этот параметр влияет только на легкость зажигания дуги, чем выше напряжение, тем легче зажигается дуга. Условия работы сварщиков при монтаже конструкций далеки от идеальных. Случайное касание токоведущих частей с завышенным напряжением может привести к несчастному случаю.
У многих моделей инверторов напряжение холостого тока и сила рабочего тока находятся в прямой зависимости. При сварке металла, покрытого толстым слоем ржавчины или краски, дуга зажигается с трудом.
Если в этой ситуации увеличить напряжение холостого хода, то рабочий ток окажется избыточным, и вместо качественного соединения металла могут образоваться шлак и поры.
Вернуться к оглавлению
На чем отражается правильность подбора режима
Правильно установленный режим холостого хода обеспечивает качественное сгорание электрода и четко выраженный капельный перенос металла в сварную ванночку, образование надежного соединения с проваром корня шва. Образование брызг при поджоге и разрыве дуги минимальное, поверхность свариваемых деталей в зоне шва почти не требует дополнительной очистки. Одним из основных признаков правильно подобранного режима является характерный шипящий звук при горении дуги.
Трехфазный сварочный выпрямитель с регулировкой напряжения холостого хода секционированием витков обмоток трансформатора.
В некоторых моделях сварочного инвертора реализована дополнительная защитная функция от поражения сварщика электрическим током при повышенном напряжении холостого хода. Аппарат автоматически снижает напряжение до безопасной величины при возникновении нештатной ситуации и восстанавливает при исчезновении. Аппараты с увеличенным напряжением холостого хода используются при сварке электродами с тугоплавкой обмазкой, применяемыми для работы со специфическими сплавами.
Определенные модели инверторов для лучшего зажигания дуги оснащены схемой . Такие устройства использовались на трансформаторных сварочных аппаратах с переменным и постоянным током. Осциллятор преобразует питающее напряжение сети в напряжение 2,5-3 кВ с частотой 150-300 кГц и выдает его на выходные клеммы импульсами длительностью в несколько десятков миллисекунд. Осциллятор состоит из повышающего низкочастотного трансформатора, подключенного к колебательному контуру, и разрядника с вольфрамовыми контактами. На выходе стоят конденсаторы, пропускающие токи высокой частоты и ограничивающие ток низкой частоты от сварочного аппарата.
В таких устройствах еще предусмотрена защита от поражения электрическим током. Потребляемая мощность осцилляторов составляет 250-300 Вт, что незначительно увеличивает общую потребляемую мощность сварочного инвертора. Осцилляторы можно приобрести в виде отдельного блока или изготовить самостоятельно.
Вернуться к оглавлению
Возможные неполадки в работе и их причины
Причины возникновения неполадок в работе инвертора могут возникнуть по причине:
- неисправности самого инвертора;
- неудовлетворительного состояния сварочных кабелей и цепи питания устройства.
Температурная деформация и напряжение на выходе устройства находятся в неразрывной связи. Из-за скачков напряжения изменяется температура горения дуги, металл либо не прогревается до необходимой температуры, либо сгорает, образуя шлак и поры. Способы устранения неполадок зависят от обнаруженной неисправности. Самой простой причиной может быть плохой контакт в соединениях сварочных кабелей с крокодилами и штекерами для подключения к инвертору. Он ведет к появлению деформаций при сварке. Обычно такой дефект проявляется в резких непериодических скачках сварочного тока, самопроизвольном затухании дуги, что может привести к некачественному соединению, деформации и напряжению при сварке деталей от неравномерного нагрева.
Способ устранения прост и может быть выполнен самостоятельно. Для устранения необходимо снять защитные изоляционные ручки, отсоединить кабель и осмотреть места соединения. При наличии окислов и следов нагрева нужно зачистить поверхности наждачной шкуркой и собрать, тщательно затянув соединительные болты. Кабели с подломленными или оборванными жилами и поврежденной изоляцией необходимо заменить на аналогичные. Длину кабеля лучше сохранить прежнюю. Многие модели инверторов рассчитаны на строго определенную нагрузку по индуктивному сопротивлению и при изменении длины кабеля могут изменить параметры работы.
Следующая причина может быть в неисправности самого устройства. Для определения работоспособности аппарата необходимо замерить прибором напряжение на выходных клеммах инвертора и напряжение в питающей сети. При нормальном сетевом напряжении низкое напряжение на выходе инвертора будет свидетельствовать о неисправности устройства. Ремонт инвертора лучше доверить специалистам из сервисного центра.
Если напряжение на выходе инвертора находится в допустимых пределах при нормальном напряжении питающей сети, следует тщательно проверить цепь подачи питающего напряжения на устройство от вводной точки электроснабжения или прибора учета. Минимальная потребляемая мощность устройств в режиме сварки находится в пределах 4-5 кВт. Необходимое сечение подводящих проводов из меди при такой мощности должно быть не менее 2,5 мм 2 с длительно допустимым рабочим током 25 А по всей цепи питания. Кабель с меньшим сечением будет быстро нагреваться, на нем будут возрастать потери напряжения.
Обязательно необходимо проверить качество всех соединений по цепи питания. Слабая скрутка или другой вид некачественного соединения тоже могут создавать проблемы при сварочных работах и привести к возгоранию. Разъемные соединения из пары вилка-розетка должны быть нового типа с увеличенным диаметром электропроводящих штифтов на вилках. Вилки старого типа не выдерживают нагрузки при длительных режимах работы. Розетки тоже должны быть соответствующего типа. Длина подводящих питание линий не может быть больше 50 м, если иное не указано в технической документации на устройство.
В сельской местности часто наблюдается нештатная работа инверторов из-за перегруженных общих линий электропроводки и заниженного напряжения сети.
Если при попытке зажечь дугу питающее напряжение падает до недопустимо низкого значения в точке ввода, это свидетельствует о недостаточной пропускной способности общей линии и ее перегрузке.
Иногда в такой ситуации могут помочь стабилизаторы напряжения. Эффективность работы стабилизаторов также зависит от нескольких причин и не всегда оправдывается. Общая потребляемая мощность комплекта из сети электроснабжения составит мощность сварочного устройства плюс потери в устройстве стабилизации. Увеличатся расходы по оплате электроэнергии, возрастет перегрузка общих линий, что еще более снизит напряжение на вводе.
Перед решением использовать такое устройство в комплекте со сварочным оборудованием желательно обратиться в электросети с письменным заявлением о некачественном электроснабжении.
Сварочные трансформаторы
К атегория:
Сварка металлов
Сварочные трансформаторы
Сварочные трансформаторы просты по устройству, отличаются малыми размерами и весом, имеют высокий к. п. д. Сварочные трансформаторы расходуют электроэнергии почти в 2 раза меньше по сравнению с агрегатами постоянного тока. К. п. д. сварочных трансформаторов достигает 85-90%.
Для получения падающей характеристики на электродах дуги включают последовательно с дугой в сварочную цепь необходимое сопротивление. По экономическим соображениям это сопротивление должно быть чисто индуктивным, с минимальной активной составляющей. Индуктивность вторичной цепи трансформатора можно увеличить включением последовательно с дугой индуктивного сопротивления дроссельной катушки, отделенной от трансформатора или объединенной с ним. Существуют конструкции трансформаторов, индуктивность вторичной цепи которых обеспечивает необходимую падающую характеристику.
Таким образом, можно выделить четыре следующие основные системы сварочных трансформаторов:
1) с отдельной дроссельной катушкой во вторичной цепи;
2) с дроссельной катушкой во вторичной цепи, конструктивно объединенной в одно целое с трансформатором;
3) с увеличенной индуктивностью без дроссельной катушки;
4) с подвижной обмоткой; при увеличении расстояния между первичной и вторичной обмотками трансформатора сварочный ток снижается, при уменьшении расстояния - повышается.
Рис. 1. Схемы сварочных трансформаторов
Рис. 2. Сварочный трансформатор СТЭ
Возможны, конечно, и другие способы регулирования трансформаторов, например путем секционирования обмотки и включения различного числа витков. Вилоизменяя основные схемы и объединяя элементы отдельных схем, образуют множество возможных систем и конструкций сварочных трансформаторов. Сварочные трансформаторы изготовляют обычно однофазными, сухими, с естественным воздушным охлаждением.
Рис. 3. Схема устройства регулятора РСТЭ
Примером трансформатора с отдельной дроссельной катушкой могут служить трансформаторы конструкции завода «Электрик» типа СТЭ . Комплектный сварочный аппарат состоит из трансформатора СТЭ и дроссельной катушки или регулятора РСТЭ , включаемого во вторичную цепь последовательно с дугой. Магнитопровод дроссельной катушки сделан разъемным. Подвижный сердечник магнитопровода может перемещаться вращением рукоятки регулятора. Перемещение подвижного сердечника меняет воздушный зазор магнитопровода и тем самым индуктивное сопротивление дросселя, а следовательно, и сварочный ток, так как меняется характеристика, отнесенная к электродам дуги. Величины воздушного зазора и сварочного тока контролируют по шкале указателя, скрепленного с подвижной частью магнитопровода. В первом приближении можно принять, что сварочный ток изменяется прямо пропорционально величине воздушного зазора магнитопровода дроссельной катушки.
Рис. 4. Регулятор РСТЭ
Трансформаторы СТЭ бывают нескольких типов, отличающихся лишь мощностью, и рассчитаны на сварочный ток 230-500 а для ПР 60%. Небольшие вес и габаритные размеры делают сварочные трансформаторы достаточно портативными. Трансформатор и дроссель перемещаются на роликах и снабжены ручками. В настоящее время трансформаторы заменены более совершенными конструкциями, но следует заметить, что на протяжении примерно 30 лет эти трансформаторы были основными источниками питания при ручной дуговой сварке.
Вторичное напряжение трансформаторов для ручной дуговой сварки с отдельной дроссельной катушкой составляет 60-65 в. Повышение вторичного напряжения сварочного трансформатора облегчает зажигание дуги и делает ее более устойчивой. С другой стороны, повышение вторичного напряжения увеличивает размеры, вес и стоимость трансформатора и дроссельной катушки, возрастает опасность поражения сварщика током. Снижение же напряжения ухудшает зажигание дуги и делает ее менее устойчивой. Напряжение 60-65 в, выбранное на основании многолетней практики, наиболее приемлемо для большинства случаев.
Дуговая сварка, в особенности ручная, создает прерывистую нагрузку для источника тока; за горением дуги следуют перерывы для смены электродов, зачистки швов и т. д. Режимом нагрузки определяется максимальный ток, который может быть получен без перегрева обмоток источника. Режим определяется коэффициентом ПР - прерывистой работы, представляющим собой отношение рабочего периода к продолжительности полного цикла работы, который не должен превышать 5 мин. ПР 100% означает горение дуги без перерывов. ПР 60% показывает, что в пятиминутном цикле дуга горит 3 мин, а перерывы в горении занимают 2 мин. Чем меньше ПР, тем больше максимально допустимая сила тока.
Примером сварочных трансформаторов, конструктивно объединенных в одно целое с дроссельной катушкой, могут служить трансформаторы СТН , предложенные акад. В. П. Никитиным еще в 1925 г. Трансформаторы СТН для ручной и автоматической сварки были рассчитаны на сварочные токи до 2000 а. В настоящее время производство этих трансформаторов прекращено.
Современные трансформаторы с увеличенным внутренним магнитным рассеянием без дроссельных катушек имеют пакеты рассеяния, набранные из трансформаторной стали, или подвижные обмотки трансформатора. Перемещая пакеты рассеяния, изменяют потоки рассеяния в трансформаторе. С увеличением потоков рассеяния сварочный ток уменьшается, с уменьшением - возрастает. В трансформаторах с подвижными обмотками, уменьшая расстояние между первичной и вторичной обмотками, увеличивают сварочный ток, и наоборот.
Рис. 5. Сварочный трансформатор СТШ -500
Рис. 6. Сварочный трансформатор ТД-500
Наиболее распространены трансформаторы для ручной дуговой сварки на номинальные сварочные токи 300 и 500 а. Примером современного трансформатора может служить трансформатор СТШ -500, разработанный Институтом электросварки им. Е. О. Патона (рис. 4). Его номинальный сварочный ток 500 а при ПР 60%, вторичное напряжение холостого хода 60 в, вес 220 кг. Плавное регулирование сварочного тока осуществляется посредством двух подвижных магнитных шунтов. Трансформатор обладает высокой надежностью в работе.
Аналогичный трансформатор ТД-500 (рис. 6), разработанный во внииэсо, имеет два диапазона регулирования сварочного тока:85-240 и 240-700 а. Номинальный сварочный ток 500 а при ПР 60%; вторичное напряжение холостого хода 76 в Для меньших и 60 в для больших токов; вес 210 кг. Несколько меньший по мощности трансформатор ТД-300 рассчитан на номинальный сварочный ток 300 а при ПР 60% с пределами регулирования 60- 400 а и двумя рабочими диапазонами с напряжениями 61 и 79 в; вес 137 кг. Расстояние между первичной и вторичной обмотками трансформаторов ТД-500 и ТД-300 регулируют вращением рукоятки на корпусе. Указанные трансформаторы достаточно компактны и транспортабельны, при наличии роликов легко перемещаются в заводских цехах.
Рис. 7. Сварочный трансформатор ТСП -2
Рис. 8. Конструкция сварочного трансформатора ТСП -2
В некоторых случаях необходимы не только передвижные, но и переносные сварочные трансформаторы. За счет экономного конструирования, применения лучших материалов и изоляции, допускающей более высокий нагрев, удалось создать легкие переносные сварочные трансформаторы для строительных, монтажных, ремонтных и тому подобных работ. Такой трансформатор ТСП -2, разработанный ВНИИЭСО , показан на рис. 7. Он рассчитан на прерывистую работу с ПР 20% и номинальный сварочный ток 300 а; напряжение холостого хода 62 в.
На рис. 8 показано устройство для раздвижения обмоток (как у трансформаторов ТД). Вес трансформатора ТСП -2 всего 65 кг. Существуют еще более легкие переносные трансформаторы. Например, трансформатор ВНИИЭСО ТДП -1 (номинальный сварочный ток 160 а ПР 20%) весит всего 38 кг, а трансформатор СТШ -250, разработанный Институтом электросварки им. Е. О. Патона (рис. 9), с номинальным сварочным током 250 а при ПР 20%, с напряжением холостого хода 60 в весит 40 кг. Кроме рассмотренных трансформаторов для ручной дуговой сварки, изготовляется большое количество сварочных трансформаторов специальных типов для автоматической дуговой сварки, дуговой сварки в защитных газах, электрошлаковой сварки и т. д. О некоторых специальных трансформаторох будет упомянуто дальше, при рассмотрении соответствующих видов сварки.
Существенным недостатком сварочных трансформаторов является низкий коэффициент мощности cos <р. Этот недостаток вызывается самим принципом устройства сварочного трансформатора, в котором падающая характеристика создается высокой индуктивностью цепи. Для надежного зажигания дуги вторичное напряжение сварочных трансформаторов берется не менее 60-65 в, а напряжение сварочной дуги обычно не превышает 20-30 в.
Рис. 9. Сварочный трансформатор СТШ -250
Рис. 10. Схема улучшения cos ф сварочного трансформатора
Коэффициент мощности может быть улучшен включением в сеть, питающую сварочные трансформаторы, емкостной нагрузки с опережающим углом ф, для чего удобнее всего параллельно к зажимам первичной обмотки каждого отдельного сварочного трансформатора присоединять конденсатор (рис. 10). Для каждого трансформатора при ручной сварке обычно достаточно небольшого конденсатора, который может быть встроен в кожух трансформатора.
Обшие требования к трансформаторам: напряжение холостого хода не должно превышать 80 В, регулирование тока должно осуществляться по возможности плавно.
Рис. 11. Электрическая схема сварочного трансформатора типа СТЭ : /, //, III - первичная, вторичная и реактивная обмотки; Л - подвижной пакет сердечника дросселя, S - воздушный зазор в сердечнике
Рис. 12. Электрическая схема сва-1 рочного трансформатора типа СТН : I, II, III - первичная, вторичная и ре-1 активная обмотки; П - подвижной пакет сердечника дросселя, S - воздушный зазор в сердечнике
В Советском Союзе применяются сварочные трансформаторы двух групп: I - с нормальным магнитным рассеянием и реактивной катушкой (дросселем); реактивная катушка может располагаться на отдельном магнитопроводе (трансформаторы типа СТЭ -сварочный трансформатор завода «Электрик») или на общем магнитопроводе (трансформаторы типа СТН - сварочный трансформатор В. П. Никитина); И -с увеличенным магнитным рассеянием (трансформаторы типов ТС - трансформатор сварочный, ТСК . - с конденсатором, ТД- трансформатор дуговой, СТАН - сварочный трансформатор Академии наук и СТШ - сварочный трансформа тор шунтовой).
Технические данные трансформаторов для ручной сварки при. водятся в табл. 50. Электрические принципиальные схемы транс, форматоров даны на рис. 12-14. Устройства, создающие падаю, щую вольт-амперную характеристику трансформатора, обеспечи. вают устойчивое горение дуги и регулирование сварочного тока Эти устройства представляют собой дроссель, магнитный шунт и механизм перемещения вторичной обмотки.
Рис. 13. Электрические схемы сварочных трансформаторов СТАН (а) и СТШ (б):
Рис. 14. Электрическая схема трансформатора типа ТСК :
Создание падающей вольт-амперной характеристики. Для зажигания дуги требуется повышенное напряжение по сравнению с напряжением дуги. Во вторичной обмотке сварочного трансформатора индуктируется постоянная электродвижущая сила. Она равна напряжению на зажимах сварочной цепи.
При нагрузке ток вторичной обмотки создает магнитный поток в сердечнике дросселя (или трансформатора). Этот магнитный, поток индуктирует э. д. с. самоиндукции или реактивную э. д. с. рассеяния. В обоих случаях это приводит к образованию индуктивного сопротивления в сварочной цепи и падению напряжения на дуге, т. е. к созданию падающей характеристики. Распределение э. д. с. источника питания в цепи показано на рис. 15 улучшение устойчивости горения дуги. В процессе перехода капли электродного металла на изделие происходит короткое замыкание.
Второй способ связан с применением электродных покрытий, имеющих особые технологические свойства. Такие покрытия еще не разработаны. При работе на сварочных токах более 250 А напряжение холостого хода может быть снижено и, следовательно, повышена устойчивость дуги.
Время перерыва можно уменьшить применением тока повышенной частоты. Этот способ иногда находит применение в сварочной практике. В этом случае пользуются преобразователями с генераторами повышенной частоты, например, типа ПС-100-1 с частотой тока 480 Гц. Время перерыва уменьшится во столько раз, во сколько раз увеличится частота тока и горение дуги становится устойчивым.
Сварочная дуга, горящая на переменном токе со значительной индуктивностью в цепи, не имеет перерывов, так как э. д. с. самоиндукции поддерживает ее горение. Для того чтобы величина э. д. с. самоиндукции была достаточной для поддержания горения дуги в момент снижения напряжения источника, необходим определенный угол сдвига фаз ф между током и напряжением. Устойчивое горение дуги на любых сварочных токах обеспечивается при cos ф = 0,35-0,6.
Регулирование сварочного тока. Изменение величины сварочного тока можно производить следующими способами:
- изменением величины вторичного напряжения холостого хода трансформатора секционированием числа витков первичной или вторичной обмоток;
Рис. 15. Схема образования внешней характеристики: 1 - напряжение во вторичной обмотке сварочного трансформатора, 2 - падающая характеристика источника питания, 3 - статическая характеристика дуги, 4 - точка устойчивого горения дуги U, U3 , ид - напряжение источника, зажигания, дуги; t - время; I - сила тока, Т - время полного периода синусоидального напряжения источника; -время обрыва дуги
Рис. 18. Кривые изменения напряжения и тока дуги при активном сопротивлении в цепи: U, U3 , Од - напряжение источника, зажигания, дуги; (I - сила тока. Т - бремя полного периода синусоидального напряжения источника, Ф - угол сдвига фаз между напряжением источника и током
Рис. 19. Кривые изменения напряжения и тока дуги при введении индуктивного сопротивления в Цепь:
Первый способ применяется лишь как дополнительный, например, для получения двух диапазонов тока, а также в трансформаторах с жесткой вольт-амперной характеристикой. Наиболее широко применяется второй способ - изменение индуктивного сопротивления. Этот способ дает возможность плавно регулировать величину сварочного тока.
В трансформаторах типа СТЭ и СТН регулирование тока осуществляется изменением воздушного зазора в магнитопроводе дросселя. При вращении регулировочной ручки дросселя по часовой стрелке воздушный зазор увеличивается, магнитный поток уменьшается, индуктивное сопротивление становится меньше и ток увеличивается.
Вращением рукоятки дросселя против часовой стрелки достигается уменьшение зазора, увеличение индуктивного сопротивления и уменьшение тока.
В трансформаторе типа СТАН ступенчатое регулирование про изводится изменением числа витков реактивной части вторичной обмотки, а плавное регулирование - перемещением магнитного шунта. При выдвижении магнитного шунта из сердечника магнитный поток рассеяния трансформатора и индуктивное сопротивление уменьшаются, вследствие чего сварочный ток возрастает. В трансформаторах типа СТШ магнитный шунт конструктивно выполнен из двух половин, расходящихся в противоположные стороны. Когда шунт полностью вдвинут в сердечник, магнитный поток рассеяния и реактивная э. д. с. рассеяния максимальны, а сварочный ток минимален. В трансформаторах с подвижными обмотками (типа ТД, ТСК или ТС) плавное регулирование производится перемещением вторичной обмотки. При увеличении расстояния между обмотками поток рассеяния увеличивается, индуктивное сопротивление возрастает, а ток снижается.
Конструкции сварочных трансформаторов. Широко используются облегченные сварочные трансформаторы (переносные), которые предназначены для работ на строительных и монтажных площадках. Эти трансформаторы рассчитаны на выполнение коротких швов и прихваток, т. е. для работы при ПР=20%..К таким трансформаторам относятся ТСП -1 - на сварочный ток 105, 145, 160 и 180 А, масса его 37 кг; ТСП -2 и ТСП -2у2 -на ток от 90 до 300 А, масса 65 кг; СТШ -250 -на ток от 70 до 250 А, масса 44 кг; ТДП -1-на ток от 55 до 175 А, масса 38 кг. Небольшая масса этих трансформаторов достигнута За счет применения для сердечников стали с высокой магнитной проницаемостью, особой изоляции обмоток и понижения (до 20%) ПР.
Для монтажных работ выпускается также трансформатор ТД-304, рассчитанный на ПР = 50%, токи от 60 до 385 А, с подвижной вторичной обмоткой. Трансформатор имеет обмотки с теплостойкой и влагостойкой изоляцией и может комплектоваться приставкой РТД -2 для дистанционного регулирования сварочного тока. Масса трансформатора (установлен на салазки) - 137 кг.
Промышленностью выпускаются бытовые сварочные аппараты АДЗ -101 и ТД-101, предназначенные для ручной дуговой сварки стали толщиной до 2 мм покрытыми электродами марки ОЗС -9 диаметром 2 мм с повышенными ионизирующими свойствами. Первичный ток -15 А, номинальный сварочный ток - 50 А, потребляемая мощность - 1,85 кВт, масса аппарата - 20 кг.
Осцилляторы предназначены для облегчения зажигания и стабилизации дуги переменного тока при сварке неплавящим-ся (вольфрамовым) электродом и покрытыми электродами с низкими ионизирующими свойствами. Этот прибор создает переменный ток высокой частоты 250-300 кГц с высоким напряжением (более 2500 В). Ток высокой частоты при таком высоком напряжении не представляет большой опасности для сварщика, так как может вызвать лишь поверхностные ожоги кожи.
Осцилляторы включаются параллельно или последовательна с дугой. В сварочной цепи с осциллятором дуга возбуждаете без предварительного замыкания электрода с изделием (на рас стоянии 1-3 мм от электрода до изделия), поэтому их целесся образно включать при сварке отделочных и декоративных изделий.
Для ручной дуговой сварки покрытыми электродами на переменном токе в качестве источника питания Используют однофазные понижающие сварочные трансформаторы. В сравнении с источниками питания постоянного тока сварочные трансформаторы имеют следующие достоинства: простота конструкции, надежность в работе, простейшее обслуживание, невысокая стоимость. Недостатком сварочных трансформаторов, является низкий коэффициент мощности, особенно при холостом ходе и недогрузке. В последнее время принимаются меры, устранению этого недостатка - сварочные трансформаторы начинают выпускаться в комплекте со специальными конденсаторами для повышения коэффициента мощности.
Современные сварочные трансформаторы изготовляются в соответствии с ГОСТ 95-77 (СТ СЭВ 4668-84) («Трансформаторы однофазные однопостовые для ручной дуговой сварки». Общие технические условия).
Напряжение первичной обмотки сварочных трансформаторов в большинстве случаев равно 380 В, значительно реже -220 В. Напряжение холостого хода вторичной обмотки лежит в пределах 60-80 В. Сварочные трансформаторы имеют механические указатели тока, которые указывают ориентировочную величину сварочного тока. Погрешность показаний может достигать значительных величин. Действительное значение сварочного тока зависит от величины напряжения сети (его колебаний) и длины дуги в процессе сварки. По конструктивным особенностям сварочные трансформаторы классифицируют на две основные группы - с нормальным магнитным рассеянием и с повышенным магнитным рассеянием.
Трансформатор в режиме нагрузки имеет следующие магнитные потоки - рабочий магнитный поток Ф, магнитные потоки рассеяния первичной и вторичной обмоток. Рабочий магнитный поток Ф замыкается полностью по магнитопроводу, охватывая при этом обе обмотки трансформатора, и передает электрическую энергию из первичной обмотки во вторичную. Магнитные потоки, которые замыкаются частично по воздуху и охватывают при этом только одну обмотку, называются потоками рассеяния.
Рис. 1. Магнитные потоки трансформатора
Внешняя характеристика источников питания сварочной дуги
Внешняя характеристика источников питания (сварочного трансформатора, выпрямителя и генератора) - это зависимость напряжения на выходных зажимах от величины тока нагрузки. Зависимость между напряжением и током дуги в установившемся (статическом) режиме называется вольт-амперной характеристикой дуги.
Внешние характеристики сварочных генераторов, показанные на рис. 1 (кривые 1 и 2), являются падающими. Длина дуги связана с ее напряжением: чем длиннее сварочная дуга, тем выше напряжение. При одинаковом падении напряжения (изменении длины дуги) изменение сварочного тока неодинаково при неодинаковых внешних характеристиках источника. Чем круче характеристика, тем меньше влияет длина сварочной дуги на сварочный ток. При изменении напряжения на величину δ при крутопадающей характеристике изменение тока равно а1, при пологопадающей - а2.
Для обеспечения стабильного горения дуги необходимо, чтобы характеристика сварочной дуги пересекалась с характеристикой источника питания (рис. 2).
В момент зажигания дуги (рис. 2, а) напряжение падает по кривой от точки 1 до точки 2 - до пересечения с характеристикой генератора, т. е. до положения, когда электрод отводится от поверхности основного металла. При удлинении дуги до 3 - 5 мм напряжение возрастает по кривой 2-3 (в точке 3 осуществляется устойчивое горение дуги). Обычно ток короткого замыкания превышает рабочий ток, но не более чем в 1,5 раза. Время восстановления напряжения после короткого замыкания до напряжения дуги не должно превышать 0,05 с, этой величиной оцениваются динамические свойства источника.
На рис. 2,6 показаны падающие характеристики 1 и 2 источника питания при жесткой характеристике дуги 3, наиболее приемлемой при ручной дуговой сварке.
Напряжение холостого хода (без нагрузки в сварочной цепи) при падающих внешних характеристиках всегда больше рабочего напряжения дуги, что способствует значительному облегчению первоначального и повторного зажигания дуги. Напряжение холостого хода не должно превышать 75 В при номинальном рабочем напряжении 30 В (повышение напряжения облегчает зажигание дуги, но одновременно увеличивается опасность поражения сварщика током). Для постоянного тока напряжение зажигания должно быть не менее 30 - 35 В, а для переменного тока 50 - 55 В. Согласно ГОСТ 7012 -77Е для трансформаторов, рассчитанных на сварочный ток 2000 А, напряжение холостого хода не должно превышать 80 В.
Повышение напряжения холостого хода источника переменного тока приводит к снижению косинуса «фи». Иначе говоря, увеличение напряжения холостого хода снижает коэффициент полезного действия источника питания.
Источник питания для ручной дуговой сварки плавящимся электродом и автоматической сварки под флюсом должен иметь падающую внешнюю характеристику. Жесткая характеристика источников питания (рис. 1, кривая 3) необходима при выполнении сварки в защитных газах (аргоне, углекислом газе, гелии) и некоторыми видами порошковых проволок, например СП-2. Для сварки в защитных газах применяются также источники питания с пологовозрастающими внешними характеристиками (рис. 1, кривая 4).
Относительная продолжительность работы (ПР) и относительная продолжительность включения (ПВ) в прерывистом режиме характеризуют повторно-кратковременный режим работы источника питания.
Величина ПР определяется как отношение продолжительности рабочего периода источника питания к длительности полного цикла работы и выражается в процентах
где tp - непрерывная работа под нагрузкой; tц - длительность полного цикла. Условно принято, что в среднем tp = 3 мин, а tц = 5 мин, следовательно, оптимальная величина ПР % принята 60%.
Различие между ПР% и ПВ% состоит в том, что в первом случае источник питания во время паузы не отключается от сети и при разомкнутой сварочной цепи работает на холостом ходу, а во втором случае источник питания полностью отключается от сети.
СВАРОЧНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ
Сварочные трансформаторы по фазности электрического тока подразделяются на однофазные и трехфазные, а по количеству постов - на однопостовые и многопостовые. Однопостовой трансформатор служит для питания сварочным током одного рабочего места и имеет соответствующую внешнюю характеристику.
Многопостовой трансформатор служит для одновременного питания нескольких сварочных дуг (сварочных постов) и имеет жесткую характеристику. Для создания устойчивого горения сварочной дуги и обеспечения падающей внешней характеристики в сварочную цепь дуги включает дроссель. Для дуговой сварки сварочные трансформаторы подразделяются по конструктивным особенностям на две основные группы:
трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием, конструктивно выполненные в виде двух раздельных аппаратов (трансформатор и дроссель) или в едином общем корпусе;
трансформаторы с развитым магнитным рассеянием, конструктивно различающиеся по способу регулирования (с подвижными катушками, с магнитными шунтами, со ступенчатым регулированием).
ОБСЛУЖИВАНИЕ СВАРОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
При эксплуатации сварочных трансформаторов следует следить за надежностью контактов, не допускать перегрева обмоток, сердечника и его деталей. Необходимо раз в месяц смазывать регулировочный механизм и не допускать загрязнений рабочих частей трансформаторов.
Необходимо следить за надежностью заземления и оберегать трансформатор от механических повреждений.
При работе трансформатора нельзя допускать превышения величины сварочного тока против указанной в паспорте. Запрещается перетаскивание трансформатора или регулятора с помощью сварочных проводов.
Раз в месяц трансформатор необходимо обдуть (очистить) струей сухого сжатого воздуха и проверить состояние изоляции.
Попадание влаги на обмотки трансформатора резко снижает электрическое сопротивление, в результате чего возникает опасность пробоя изоляции. Если сварочные трансформаторы установлены на открытом воздухе, их необходимо укрывать от атмосферных осадков. В таких случаях следует делать навесы или специальные передвижные будки.
Технические характеристики сварочных трансформаторов
| Параметры | Марка трансформаторов | ||||||||||||||||
| СТЭ- 24У |
СТЭ- 34У |
СТН- 350 |
СТН- 500 |
СТН- 500-1 |
ТСК- 300 |
ТСК- 500 |
ТС -300 |
ТС -500 |
ТСД- 500 |
ТСД- 1000-3 |
ТСД- 2000-2 |
СТШ- 500 |
СТШ -500-80 |
ТСП -1 |
ТД -500 |
ТД -502 |
|
| Номинальный режим работы, ПР% |
65 | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 | 65 | 60 | 65 | 65 | 60 | 60 | от 20 | 60 | 60 |
| Напряжение холостого хода, В | 65 | 60 | 70 | 60 | 60 | 63 | 60 | 63 | 60 | 80 | 69-78 | 77―85 | 60 | 80 | 65―70 | 60―75 | 59―73 |
| Напряжение номинальное, В | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 45 | 42 | 53 | 30 | 50 | 30 | 30 | 40 |
| Номинальная мощност, кВּА | 23 | 30 | 25 | 32 | 32 | 20 | 32 | 20 | 32 | 42 | 76 | 180 | 32 | - | 12 | 32 | 26,6 |
| Пределы регулирования сварочного тока, А |
100-500 | 150-700 | 80-450 | 150-700 | 150-700 | 110-385 | 165-650 | 110-385 | 165-650 | 200-600 | 400-1200 | 800-2200 | 145-650 | 260-800 | 105,15 | 85-720 | |
| Напряжение сети, В | 220,38 | 220,38 | 220,38 | 220,38 | 220,38 | 380 | 220,38 | 220,38 | 220,38 | 220,38 | 220,38 | 380 | 220,38 | 220,38 | 220,38 | 220 или 380 | 220,38 |
| К. п. д., % | 83 | 86 | 83 | 86 | 86 | 84 | 84 | 84 | 85 | 87 | 90 | 89 | 90 | 92 | 75 | - | - |
| Коэффициент мощности (косинус «фи») |
0,5 | 0,53 | 0,5 | 0,54 | 0,52 | 0,73 | 0,65 | 0,51 | 0,53 | 0,62 | 0,62 | 0,64 | 0,53 | 0,62 | - | 0,53 | 0,8 |
| Габаритные размеры трансформатора, мм: - длина - ширина - высота |
690 |
690 |
695 |
772 |
775 |
760 |
840 |
760 |
840 |
950 |
950 |
1050 |
670 |
225 |
570 |
||
| Масса, кг: - трансформатора - регулятора |
130 62 |
160 100 |
220 - |
250 - |
275 - |
215 - |
280 - |
185 - |
250 | 445 | 540 | 670 | 220 | 323 | 35 | 210 | 230 |
Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием
Трансформаторы с отдельным дросселем. Жесткая внешняя характеристика такого трансформатора получается за счет незначительного магнитного рассеяния и малого индуктивного сопротивления обмоток трансформатора. Падающие внешние характеристики создаются дросселем, имеющим большое индуктивное сопротивление.
Технические данные трансформаторов СТЭ-24У и СТЭ-34У с дросселями приведены в таблице .
Трансформаторы типа СТН со встроенным дросселем . По этой конструктивной схеме выполнены трансформаторы СТН-500 и СТН-500-1 для ручной дуговой сварки и трансформаторы с дистанционным управлением ТС Д-500, ТС Д-2000-2, ТСД-1000-3 и ТСД-1000-4 для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом. Технические данные указанных трансформаторов приведены в таблице .
Схема конструкции трансформатора типа СТН системы академика В. П. Никитина и его внешние статические характеристики показаны на рис. 1. Магнитное рассеяние и индуктивное сопротивление обмоток (1 и 2) трансформатора невелики, внешняя характеристика жесткая. Падающая характеристика создается за счет реактивной обмотки 3, создающей индуктивное сопротивление. Верхняя часть магнитопровода является одновременно и частью сердечника дросселя.
Величина сварочного тока регулируется перемещением подвижного пакета 4 (винтовым механизмом с помощью рукоятки 5). Напряжение холостого хода у этих трансформаторов 60 -70 В, а номинальное рабочее напряжение Uном = 30 В. Несмотря на объединенный магнитопровод, трансформатор и дроссель работают независимо друг от друга. В электротехническом отношении трансформаторы типа СТН не отличаются от трансформаторов с отдельными дросселями типа СТЭ.
Для автоматической и полуавтоматической сварки применяют трансформаторы типа ТСД. Общий вид конструкции трансформатора ТСД-1000-3 и его электрическая схема показаны на рис. 2 и 3.
Трансформаторы типа ТСД имеют повышенное напряжение холостого хода (78-85 В), необходимое для стабильного возбуждения и горения сварочной дуги при автоматической сварке под флюсом. Падающая внешняя характеристика трансформатора создается реактивной обмоткой.
Трансформатор типа ТСД имеет специальный электропривод для дистанционного регулирования сварочного тока» Для включения приводного синхронного трехфазного электродвигателя ДП с понижающим червячным редуктором служат два магнитных пускателя ПМБ и ПММ, управляемые кнопками. Перемещение подвижной части пакета магнитопровода ограничивается конечными выключателями ВКБ и ВКМ.
Трансформаторы снабжены фильтрами для подавления радиопомех. Кроме применения для автоматической и полуавтоматической сварки под флюсом, трансформаторы ТСД-1000-3 и ТСД-2000-2 применяются в качестве источника питания для термической обработки сварных соединений из легированных и низколегированных сталей.
|
|
| Рис. 1. (а) и его внешние характеристики (б):1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка, 3 - обмотка дросселя, 4 - подвижный пакет магнитопровода, 5 - рукоятка, 6 - магнитопровод. |
|
|
| Рис. 2. : 1 - вентилятор, 2 - трансформаторные обмотки, 3 - магнитопровод, 4 - реактивная обмотка, 5 - подвижныый пакет магниторповода, 6 - механизм перемещения подвижного пакета, 7 - станина, 8 - зажимные панели, 9 - ходовая часть. |
|
|
|
Рис. 3. : Тр - понижающий трансформатор, КУБ, КУМ - кнопки дистанционного управления сварочным током - «Больше», «Меньше», ПМБ, ПММ - магнитные пускатели, ДП - двигатель провода механизма перемещения пакета магнитопровода, ВКБ, ВКМ - конечные выключатели, ДВ - двигатель вентилятора, Трс - трансформатор сварочный |
Трансформаторы с развитым магнитным рассеянием
Трансформаторы типа ТС и ТСК представляют собой передвижные понижающие трансформаторы стержневого типа с повышенной индуктивностью рассеяния. Они предназначены для ручной дуговой сварки и наплавки, могут применяться для сварки под флюсом тонкими проволоками. В трансформаторах типа ТСК параллельно первичной обмотке подключен конденсатор для повышения коэффициента мощности.
Трансформаторы типа ТС, ТСК не имеют подвижных сердечников, склонных к вибрации, поэтому они работают почти бесшумно. Регулирование сварочного тока осуществляется изменением расстояния между подвижной I и неподвижной II катушками (рис. 1, в). При удалении подвижной катушки от неподвижной увеличиваются магнитные потоки рассеяния и индуктивное сопротивление обмоток. Каждому положению подвижной катушки соответствует своя внешняя характеристика. Чем дальше находятся друг от друга катушки, тем большее число магнитных силовых линии будет замыкаться через воздушные пространства, не захватывая второй обмотки, и тем круче будет внешняя характеристика. Напряжение холостого хода в трансформаторах этого типа при сдвинутых катушках на 1,5-2 В больше номинального значения (60 – 65 В)
Конструкция трансформатора ТС-500 и внешние вольт-амперные характеристики показаны на рисунках . Технические данные трансформаторов ТС и ТСК приведены в табл. 1 .
Для автоматической сварки нашли применение сварочные трансформаторы типа ТДФ-1001 и ТДФ-1601, предназначенные для питания дуги при сварке под флюсом однофазным переменным током частотой 50 Гц. Трансформаторы рассчитаны для работы в закрытых помещениях, с повышенной индуктивностью рассеяния. Они обеспечивают создание необходимых крутопадающих внешних характеристик и плавное регулирование сварочного тока в требуемых пределах, а также его частичную стабилизацию при колебаниях напряжения в сети в пределах от 5 до 10% от номинального значения. Технические данные трансформатора типа ТДФ приведены в табл. 2.
Технические характеристики трансформаторов СТШ-250 и ТСП-2
| Параметры | ТДФ-1001 | ТДФ-1601 |
| Номинальный сварочный ток, А | 1000 | 1600 |
| Пределы регулирования сварочного тока, А: - на ступени «малых» токов - на ступени «больших» токов |
400-700 700-1200 |
600-1100 1100-1800 |
| Номинальное первичное напряжение, В | 220 или 380 | 380 |
| Частота, Гц | 50 | 50 |
| Первичный ток, А: - при исполнения на 220 В - при исполнении на 380 В |
360 220 |
- 480 |
| Вторичное напряжение холостого хода, В: - при минимальном сварочном токе - при максимальном сварочном токе |
68 71 |
95 105 |
| Условное номинальное рабочее напряжение, В | 44 | 60 |
| Вторичное напряжение в зависимости от величин сварочного тока (Iсв), В |
Uн=20+0,04 Iсв | Uн=50+0,00625 Iсв |
| Отношение продолжительности рабочего периода к продолжительности цикла (ПВ), % |
100 | 100 |
| Коэффициент полезного действия, % | 87 | 88 |
| Потребляемая мощность, кВт | 82 | 182 |
| Масса, кг | 740 | 1000 |
Внешние характеристики трансформатора ТДФ-1001 и ТДФ-1601 показаны на рис. 2, а и б.
Трансформаторы типа ТДФ-1001 и ТДФ-1601 - стационарные установки в однокорпусном исполнении с принудительной вентиляцией. Установка состоит из трансформатора, сетевого контактора, вентилятора и блок-схемы управления.
|
|
|
| Рис. 2. Внешние характеристики трансформаторов: а - ТДФ-1001, б - ТДФ-1601. | |
 |
|
|
Рис. 3. Электрическая схема трансформатора СТШ-500 : 1 - магнитопровод; 2 - катушка первичной обмотки; 3 - катушка вторичной обмотки; 4 - магнитные шунты Рис. 4. Электрическая схема трансформатора ТМ-300-П |
|
 |
|
| Рис. 1. (а), его внешние вольт-амперные характеристики (б) и магнитная схема (в): 1 - механизм регулирования сварочного тока, 2 - зажимы низкого напряжения, 3 - подвижная катушка, 4 - магнитопровод, 5 - неподвижная катушка, 6 - кожух, 7 - регулировочный винт, 8 - зажимы высокого напряжения, 9 – крышка. | Рис. 5. (а) и его внешние характеристики (б): I, II, III, IV - схемы преключения на различную величину тока; 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 - порядковые номера зажимов |
Трансформаторы с магнитными шунтами типа СТАН, ОСТА и СТШ (в настоящее время не выпускаются).
Трансформатор СТШ стержневого типа, однофазный, выполнен в однокорпусном исполнении и предназначен для питания электрической сварочной дуги переменным током частотой 50 Гц при ручной дуговой сварке, резке и наплавке металлов. На рис. 3 показана схема трансформатора СТШ-500.
Магнитопровод (сердечник трансформатора) изготовляется из электротехнической стали Э42 толщиной 0,5 мм. Стальные листы соединяют изолированными шпильками.
Катушки первичной обмотки трансформатора выполнены из изолированного алюминиевого провода прямоугольного сечения, а вторичной - из голой алюминиевой шины, между витками которой прокладывают асбестовые прокладки, предназначенные для изоляции витков от короткого замыкания.
Регулятор тока состоит из двух подвижных магнитных шунтов, расположенных в окне магнитопровода. Вращением винта по часовой стрелке шунты раздвигаются, а против часовой - сдвигаются, происходит плавное регулирование сварочного тока. Чем меньше расстояние между шунтами, тем меньше сварочный ток, и наоборот. Шунты изготовляют из той же электротехнической стали, что и магнитопровод.
Для снижения помех, возникающих при сварке, применяют емкостный фильтр из двух конденсаторов типа КБГ-И. Конденсаторы смонтированы на стороне высокого напряжения.
Промышленностью создан ряд новых переносных источников питания сварочной дуги переменным током - малогабаритные трансформаторы. Примерами таких трансформаторов являются, например, монтажные трансформаторы ТМ-300-П, ТСП-1 и ТСП-2.
Монтажный трансформатор ТМ-300-П предназначен для питания сварочной дуги при однопостовой дуговой сварке на монтажных, строительных и ремонтных работах. Трансформатор обеспечивает крутопадающую внешнюю характеристику (с отношением тока короткого замыкания к току номинального рабочего режима 1,2-1,3) и ступенчатое регулирование сварочного тока, что позволяет выполнять сварку электродами диаметром 3,4 и 5 мм. Он однокорпусный, имеет малую массу и удобен для транспортирования. Трансформатор ТМ-300-П имеет разделенные обмотки, что позволяет получать значительное индуктивное сопротивление для создания падающих внешних характеристик. Магнитопровод стержневого типа набирается из холоднокатаной текстурированной стали Э310, Э320, Э330 толщиной 0,35-0,5 мм. Электрическая схема трансформатора приведена на рис. 4.
Первичная обмотка состоит из двух катушек одинакового размера, полностью размещенных на одном стержне магнитопровода. Вторичная обмотка также состоит из двух катушек, из которых одна - основная - размещается на стержне магнитопровода вместе с первичной обмоткой, а вторая - реактивная - имеет три отпайки и размещается на другом стержне магнитопровода.
Реактивная вторичная обмотка значительно удалена от первичной обмотки и имеет большие потоки рассеяния, определяющие повышенное индуктивное ее сопротивление. Величина сварочного тока регулируется переключением числа витков реактивной обмотки. Такое регулирование тока позволяет увеличить напряжение холостого хода при малых токах, обеспечивая условия для устойчивого горения сварочной дуги.
Первичную обмотку выполняют из медного провода с изоляцией, а вторичную обмотку наматывают шинкой. Обмотки пропитывают кремнийорганическим лаком ФГ-9, что позволяет повышать температуру их нагрева до 200° С. Магнитопровод с обмотками размещается на тележке с двумя колесами. Для сварки в монтажных условиях электродами диаметром 3 и 4 мм применяют облегченный трансформатор ТСП-1. Трансформатор рассчитан на кратковременную работу при коэффициенте загрузки поста менее 0,5 и электродах диаметром до 4 мм. Электрическая схема и внешние характеристики такого трансформатора показаны на рис. 5. Вследствие большого расстояния между первичной обмоткой А и вторичной обмоткой Б образуются значительные потоки магнитного рассеяния.
Падение напряжения за счет индуктивного сопротивления обмоток обеспечивает крутопадающие внешние характеристики.
Регулирование сварочного тока ступенчатое, как и у сварочного трансформатора ТМ-300-П.
Для уменьшения массы конструкция трансформатора выполнена из высококачественных материалов - магнитопровод - из холоднокатаной стали, а обмотки - из алюминиевых проводов с теплостойкой стеклянной изоляцией.
Технические данные трансформатора ТСП-1 приведены в таблице 1 .
Для сварки в монтажных условиях выпускаются также малогабаритные облегченные сварочные трансформаторы СТШ-250 с плавным регулированием сварочного тока, разработанные Институтом электросварки имени Е. О. Патона, и ТСП-2, разработанные Всесоюзным научно-исследовательским институтом электросварочного оборудования.
Для выполнения сварочных работ на различной высоте в монтажных условиях создан специальный сварочный трансформатор ТД-304 на салазках, оборудованный дистанционным регулированием сварочного тока непосредственно с рабочего места электросварщика.
Многопостовые и специальные сварочные трансформаторы
Для многопостовой сварки может быть использован любой сварочный трансформатор типа СТЭ с жесткой внешней характеристикой при условии присоединения к каждому посту регулятора тока (дросселя) типа РСТ, обеспечивающего падающую внешнюю характеристику.
Количество постов, подключаемое к многопостовом сварочному трансформатору, определяется по формуле
n=Iтр / Iп ּ K ,
где n - количество постов; Iтр - номинальный ток сварочного трансформатора; Iп - сварочный ток поста; K - коэффициент загрузки, равный 0,6-0,8.
На рис. 1 показана электрическая схема многопостовой сварки от однофазного трансформатора с жесткой характеристикой и регулятором тока типа РСТ.
Применение многопостовых сварочных трансформаторов позволяет более полно использовать мощность оборудования. Для многопостовой сварки применяют также трехфазные трансформаторы с параллельным питанием нескольких сварочных постов. Как видно из рис. 2, такой трансформатор имеет первичную обмотку 1, соединенную «треугольником», и вторичную обмотку 2, соединенную «звездой». Фазовое напряжение (напряжение между пулевым проводом и любой из фаз) должно быть 65-70 В. Регулирование сварочного тока и обеспечение падающей характеристики на каждом сварочном посту осуществляется с помощью дросселей типа РСТ.
Многопостовые сварочные трансформаторы имеют ограниченное применение. Трехфазный сварочный трансформатор может быть применен для ручной дуговой сварки двумя электродами (рис. 3). В этом случае обеспечивается большая производительность сварки, экономится электроэнергия, больше косинус «фи», равномернее распределяется нагрузка между фазами. Регулятор тока такого трансформатора Тр состоит из двух сердечников с регулируемыми воздушными зазорами. Две обмотки регулятора 1 и 2 расположены на одном сердечнике и включаются последовательно с электродами, обмотка 3- на втором сердечнике и подключается к свариваемой конструкции. При трехфазной сварке горят по рассматриваемой схеме одновременно три дуги: две между каждым из электродов 4, 5 и свариваемым изделием 6 и одна между электродами 4 и 5. Для прекращения горения дуги между электродами 4 и 5 предусмотрен магнитный контактор К, катушка которого включена параллельно обмотке 3 регулятора и разрывает электрическую цепь между электродами.
Параллельное включение однофазных сварочных трансформаторов
Сварочные трансформаторы соединяют на параллельную работу с целью повышения мощности источника питания. Для этого используют два или несколько однотипных трансформаторов с одинаковыми внешними характеристиками и первичными обмотками, рассчитанными на одно и то же напряжение. Подключение нужно производить к одним и тем же фазам сети соответствующих одноименных зажимов первичных обмоток трансформаторов, их вторичные обмотки соединяют также через одноименные зажимы.
Схема параллельного соединения однофазных сварочных трансформаторов с дросселями типа СТЭ показана на рисунке. При параллельном соединении двух трансформаторов величина сварочного тока в цепи возрастает соответственно в 2 раза по сравнению с одним трансформатором. Соответственно с подключением на параллельную работу трех трансформаторов ток увеличивается в 3 раза.
Необходимым условием параллельной работы трансформаторов является равномерное распределение между ними величины сварочного тока. Регулировать величину сварочного тока следует одновременно одинаковым числом поворотов ручек всех регуляторов или одновременным нажатием кнопок (как. например, в трансформаторах типа ТСД). Равенство нагрузок между трансформаторами проверяется амперметрами.
Осцилляторы и импульсные возбудители дуги
Осциллятор - это устройство, преобразующее ток промышленной частоты низкого напряжения в ток высокой частоты (150-500 тыс. Гц) и высокого напряжения (2000-6000 В), наложение которого на сварочную цепь облегчает возбуждение и стабилизирует дугу при сварке.
Основное применение осцилляторы нашли при аргно-дуговой сварке переменным током неплавящимся электродом металлов малой толщины и при сварке электродами с низкими ионизирующими свойствами покрытия. Принципиальная электрическая схема осциллятора ОСПЗ-2М показана на рис. 1.
Осциллятор состоит из колебательного контура (конденсатора С5, в качестве индукционной катушки используется подвижная обмотка трансформатора ВЧТ и разрядника Р) и двух индуктивных дроссельных катушек Др1 и Др2, повышающего трансформатора ПТ, высокочастотного трансформатора ВЧТ.
Колебательный контур генерирует ток высокой частоты и связан со сварочной цепью индуктивно через высокочастотный трансформатор, выводы вторичных обмоток которого присоединяются: один к заземленному зажиму выводной панели, другой - через конденсатор С6 и предохранитель Пр2 ко второму зажиму. Для защиты сварщика от поражения электрическим током в цепь включен конденсатор С6, сопротивление которого препятствует прохождению тока высокого напряжения и низкой частоты в сварочную цепь. На случай пробоя конденсатора С6 в цепь включен плавкий предохранитель Пр2. Осциллятор ОСПЗ-2М рассчитан на подключение непосредственно в двухфазную или однофазную сеть напряжением 220 В.
 |
 |
| Рис. 1.: СТ - сварочный трансформатор, Пр1, Пр2 - предохранители, Др1, Др2 - дроссели, С1 - С6 - конденсаторы, ПТ - повышающий трансформатор, ВЧТ - высокочастотный трансформатор, Р - разрядник | Рис. 2. : Тр1 - трансформатор сварочный, Др - дроссель, Тр2 - повышающий трансформатор осциллятора, Р - разрядник, С1 - конденсатор контура, С2 - защитный конденсатор контура, L1 - катушка самоиндукции, L2 - катушка связи |
При нормальной работе осциллятор равномерно потрескивает, и за счет высокого напряжения происходит пробой зазора искрового разрядника. Величина искрового зазора должна быть 1,5-2 мм, которая регулируется сжатием электродов регулировочным винтом. Напряжение на элементах схемы осциллятора достигает нескольких тысяч вольт, поэтому регулирование необходимо выполнять при отключенном осцилляторе.
Осциллятор необходимо зарегистрировать в местных органах инспекции электросвязи; при эксплуатации следить за его правильным присоединением к силовой и сварочной цепи, а также за исправным состоянием контактов; работать при надетом кожухе; кожух снимать только при осмотре или ремонте и при отсоединенной сети; следить за исправным состоянием рабочих поверхностей разрядника, а при появлении нагара - зачистить их наждачной бумагой. Осцилляторы, у которых первичное напряжение 65 В, подключать к вторичным зажимам сварочных трансформаторов типа ТС, СТН, ТСД, СТАН не рекомендуется, так как в этом случае напряжение в цепи при сварке понижается. Для питания осциллятора нужно применять силовой трансформатор, имеющий вторичное напряжение 65-70 В.
Схема подключения осцилляторов М-3 и ОС-1 к сварочному трансформатору типа СТЭ показана на рис.2. Технические характеристики осцилляторов приведен в таблице.
Технические характеристики осцилляторов
| Тип | Первичное напряжение, В |
Вторичное напряжение холостого хода, В |
Потребляемая мощность, Вт |
Габаритные размеры, мм |
Масса, кг |
| М-3 ОС-1 ОСЦН ТУ-2 ТУ-7 ТУ-177 ОСПЗ-2М |
40 - 65 65 200 65; 220 65; 220 65; 220 220 |
2500 2500 2300 3700 1500 2500 6000 |
150 130 400 225 1000 400 44 |
350 x 240 x 290 315 x 215 x 260 390 x 270 x 310 390 x 270 x 350 390 x 270 x 350 390 x 270 x 350 250 х 170 х 110 |
15 15 35 20 25 20 6,5 |
Импульсные возбудители дуги
Это такие устройства, которые служат для подачи синхронизированных импульсов повышенного напряжения на сварочную дугу переменного тока в момент изменения полярности. Благодаря этому значительно облегчается повторное зажигание дуги, что позволяет снизить напряжение холостого хода трансформатора до 40-50 В.
Импульсные возбудители применяют только для дуговой сварки в среде защитных газов неплавящимся электродом. Возбудители с высокой стороны подключаются параллельно к сети питания трансформатора (380 В), а на выходе - параллельно дуге.
Мощные возбудители последовательного включения применяют для сварки под флюсом.
Импульсные возбудители дуги более устойчивы в работе, чем осцилляторы, они не создают радиопомех, но из-за недостаточного напряжения (200-300 В) не обеспечивают зажигания дуги без соприкосновения электрода с изделием. Возможны также случаи комбинированного применения осциллятора для начального зажигания дуги и импульсного возбудителя для поддержания ее последующего стабильного горения.
Стабилизатор сварочной дуги
Для повышения производительности ручной дуговой сварки и экономичного использования электроэнергии создан стабилизатор сварочной дуги СД-2. Стабилизатор поддерживает устойчивое горение сварочной дуги при сварке переменным током плавящимся электродом путем подачи на дугу в начале каждого периода импульса напряжения.
Стабилизатор расширяет технологические возможности сварочного трансформатора и позволяет выполнять сварку на переменном токе электродами УОНИ, ручную дуговую сварку неплавящимся электродом изделий из легированных сталей и алюминиевых сплавов.
Схема внешних электрических соединений стабилизатора показана на рис. 3, а, осциллограмма стабилизирующего импульса - на рис. 3, б.
Сварка c применением стабилизатора позволяет экономичнее использовать электроэнергию, расширить технологические возможности применения сварочного трансформатора, уменьшить эксплуатационные расходы, ликвидировать магнитное дутье.
Сварочное устройство «Разряд-250». Это устройство разработано на базе сварочного трансформатора ТСМ-250 и стабилизатора сварочной дуги, выдающего импульсы частотой 100 Гц.
Функциональная схема сварочного устройства и осциллограмма напряжения холостого хода на выходе устройства показаны на рис. 4, а, б.
 |
 |
|
Рис. 3. : а - схема: 1 - стабилизатор, 2 - трансформатор варочный, 3 - электрод, 4 - изделие; б - осцилограмма: 1 - стабилизирующий импульс, 2 - напряжение на вторичной обмотке трансформатора |
Рис. 4. а - схема устройства; б - осциллограмма напряжения холостого хода на выходе устройства |
Устройство «Разряд-250» предназначено для ручной дуговой сварки переменным током плавящимися электродами любого типа, в том числе предназначенными для сварки на постоянном токе. Устройство может использоваться при сварке неплавящимися электродами, например, при сварке алюминия.
Устойчивое горение дуги обеспечивается подачей на дугу в начале каждой половины периода переменного напряжения сварочного трансформатора импульса напряжения прямой полярности, т. е. совпадающего с полярностью указанного напряжения.
Занимаясь поисками подходящего сварочного трансформатора, многие отказываются от заводских моделей в пользу самодельных. Причины такого решения могут быть самые разнообразные, начиная от неприемлемых цен и заканчивая желанием сделать сварочный трансформатор самостоятельно. По сути особых сложностей в том, как сделать сварочный трансформатор, нет, к тому же, самодельный сварочный трансформатор может по праву считаться предметом гордости любого хозяина. Но при его создании невозможно обойтись без знаний об устройстве и схеме трансформатора, его характеристиках и расчетах по ним.
Любой электроинструмент обладает определенными рабочими характеристиками и сварочный трансформатор не исключение. Но кроме привычных, таких как мощность, количество фаз и требуемое для работы напряжение в сети, сварочный трансформатор имеет целый набор уникальных характеристик, каждая из которых позволит безошибочно подобрать в магазине аппарат под определенный вид работ. Для тех же, кто собирается изготовить сварочный трансформатор своими руками, знание этих характеристик потребуется для выполнения расчетов.
Но прежде чем перейти к детальному описанию каждой характеристики, необходимо разобраться, что собой представляет базовый принцип работы сварочного трансформатора. Он довольно прост и заключается в преобразовании входящего напряжения, а именно его понижении. Понижающая вольтамперная характеристика сварочного трансформатора имеет следующую зависимость - при понижении напряжения (Вольт) возрастает сила тока сварки (Ампер), что и позволяет плавить и сваривать металл. На основе этого принципа и построена вся работа сварочного трансформатора, а также связанные с ней другие рабочие характеристики.
Напряжение сети и количество фаз
С этой характеристикой все довольно просто. Она указывает на требуемое для работы сварочного трансформатора напряжение. Это может быть 220 В или 380 В. На практике напряжение в сети может немного колебаться в пределах +/- 10 В, что может сказаться на стабильной работе трансформатора. При расчетах для сварочного трансформатора напряжение в сети является основополагающей характеристикой для расчетов. К тому же, от напряжения в сети зависит количество фаз. Для 220 В - это две фазы, для 380 В - три. В расчетах это не учитывается, но для подключения сварочного аппарата и его работы это важный момент. Также есть отдельная категория трансформаторов, которые могут работать как от 220 В, так и от 380 В.
Номинальный сварочный ток трансформатора
Это основная рабочая характеристика любого сварочного трансформатора. От величины силы сварочного тока зависит возможность резки и сварки металла. Во всех сварочных трансформаторах это значение указывается максимальным, так как именно столько способен выдать трансформатор на пределе возможностей. Конечно, номинальный сварочный ток можно регулировать для возможности работы электродами различного диаметра, и для этого в трансформаторах предусмотрен специальный регулятор. Необходимо отметить, что для бытовых сварочных трансформаторов, созданных своими руками, сварочный ток не превышает 160 - 200 А. Это связано в первую очередь с весом самого трансформатора. Ведь чем больше сила сварочного тока, тем больше требуется витков медного провода, а это лишние неподъемные килограммы. В дополнение на сварочный трансформатор цена зависит от металла для проводов обмоток, и чем больше провода было потрачено, тем дороже обойдется сам аппарат.
В работе со сварочным трансформатором для сварки металла используются наплавляемые электроды различного диаметра. При этом возможность использовать электрод определенного диаметра зависит от двух факторов. Первый - номинальный сварочный ток трансформатора. Второй - толщина металла. В приведенной ниже таблице указаны диаметры электродов в зависимости от толщины металла и сварочного тока самого трансформатора.
Как видно из этой таблицы, использование 2 мм электрода будет просто бессмысленным при силе тока в 200 А. Или наоборот, 4 мм электрод бесполезен при силе тока в 100 А. Но довольно часто приходится выполнять сварку металла различной толщины одним и тем же аппаратом и для этого сварочные трансформаторы оборудуются регуляторами силы тока.
Пределы регулирования сварочного тока
Для сварки металла различной толщины используются электроды различного диаметра. Но если сила сварочного тока будет слишком большой, то металл при сварке прогорит, а если слишком маленькой, то не удастся его расплавить. Потому в сварочных трансформаторах для этих целей встраивается специальный регулятор, позволяющий понижать номинальный сварочный ток до определенного значения. Обычно в самодельных сварочных трансформаторах создается несколько ступеней регулировки, начиная от 50 А и заканчивая 200 А.
Номинальное рабочее напряжение
Как уже отмечалось, сварочный трансформатор преобразует входящее напряжение до более низкого значения, составляющего 30 - 60 В. Это и есть номинальное рабочее напряжение, которое необходимо для поддержания стабильного горения дуги. Также от этого параметра зависит возможность сварки металла определенной толщины. Так для сварки тонколистового металла требуется низкое напряжение, а для более толстого - высокое. При расчетах этот показатель весьма важен.
Номинальный режим работы
Одной из ключевых рабочих характеристик сварочного трансформатора является его номинальный режим работы. Он указывает на период беспрерывной работы. Этот показатель для заводских сварочных трансформаторов обычно составляет около 40%, а вот для самодельных он может быть не выше 20 - 30%. Это значит, что из 10 минут работы можно беспрерывно варить 3 минуты, а 7 давать отдохнуть.
Мощность потребления и выходная
Как и любой другой электроинструмент, сварочный трансформатор потребляет электроэнергию. При расчетах и создании трансформатора показатель потребляемой мощности играет важную роль. Что касается выходной мощности, то её также следует учитывать, так как коэффициент полезного действия сварочного трансформатора напрямую зависит от разницы между этими двумя показателями. И чем меньше эта разница, тем лучше.
Напряжение холостого хода
Одной из важных рабочих характеристик является напряжение холостого хода сварочного трансформатора. Эта характеристика отвечает за легкость появления сварочной дуги, и чем выше будет напряжение, тем легче появится дуга. Но есть один важный момент. Для обеспечения безопасности человека, работающего с аппаратом, напряжение ограничивается 80 В.
Схема сварочного трансформатора
Как уже отмечалось, принцип работы сварочного трансформатора заключается в понижении напряжения и повышении силы тока. В большинстве случаев устройство сварочного трансформатора довольно простое. Он состоит из металлического сердечника, двух обмоток - первичной и вторичной. На представленном ниже фото изображено устройство сварочного трансформатора.
С развитием электротехники принципиальная схема сварочного трансформатора совершенствовалась, и сегодня производятся сварочные аппараты, в схеме которых используются дроссели, диодный мост и регуляторы силы тока. На представленной схеме видно, как диодный мост интегрирован в сварочный трансформатор (фото ниже).
Одним из самых популярных самодельных сварочных трансформаторов является трансформатор с тороидальным сердечником, в силу его малого веса и прекрасных рабочих характеристик. Схема такого трансформатора представлена ниже.
Сегодня существует множество различных схем сварочных трансформаторов, начиная от классических и заканчивая схемами инверторов и выпрямителей. Но для создания сварочного трансформатора своими руками лучше выбирать более простую и надежную схему, не требующую использования дорогой электроники. Как, например, сварочный тороидальный трансформатор или трансформатор с дросселем и диодным мостом. В любом случае для создания сварочного трансформатора, кроме схемы, придется выполнить определенные расчеты, чтобы получить требуемые рабочие характеристики.
При создании сварочного трансформатора под конкретные цели приходится определять его рабочие характеристики заранее. Кроме этого, расчет сварочного трансформатора выполняется для определения количества витков первичной и вторичной обмоток, площади сечения сердечника и его окна, мощности трансформатора, напряжения дуги и прочего.
Для выполнения расчетов потребуются следующие исходные данные :
- входящее напряжение первичной обмотки (В) U1;
- номинальное напряжение вторичной обмотки (В) U2;
- номинальная сила тока вторичной обмотки (А) I;
- площадь сердечника (см2) Sс;
- площадь окна (см2)So;
- плотность тока в обмотке (A/мм2).
Рассмотрим на примере расчета для тороидального трансформатора со следующими параметрами: входящее напряжение U1=220 В, номинальное напряжение вторичной обмотки U2=70 В, номинальная сила тока вторичной обмотки 200 А, площадь сердечника Sс=45 см2, площадь окна So=80 см2, плотность тока в обмотке составляет 3 A/мм2.
Вначале рассчитываем мощность тороидального трансформатора по формуле:
P габаритн = 1,9*Sc*So . В результате получим 6840 Вт или упрощенно 6,8 кВт.
Важно! Данная формула применима только для тороидальных трансформаторов. Для трансформаторов с сердечником типа ПЛ, ШЛ используется коэффициент 1,7. Для трансформаторов с сердечником типа П, Ш - 1,5.
Следующим шагом будет расчет количества витков для первичной и вторичной обмоток. Чтобы это сделать, вначале придется вычислить необходимое количество витков на 1 В. Для этого используем следующую формулу: K = 35/S . В результате получим 0,77 витка на 1 В потребляемого напряжения.
Важно! Как и в первой формуле, коэффициент 35 применим только для тороидальных трансформаторов. Для трансформаторов с сердечником типа ПЛ, ШЛ используется коэффициент 40. Для трансформаторов с сердечником типа П, Ш - 50.
Далее рассчитываем максимальный ток первичной обмотки по формуле: Imax = P/U . В результате получим ток для первичной обмотки 6480/220=31 А. Для вторичной обмотки силу тока берем за константу в 200 А, так как возможно придется варить электродами с диаметром от 2 до 3 мм металл различной толщины. Конечно, на практике 200 А - это предельная сила тока, но запас в пару десятков ампер позволит аппарату работать более надежно.
Теперь на основании полученных данных рассчитываем количество витков для первичной и вторичной обмоток в трансформаторе со ступенчатым регулированием в первичной обмотке. Расчет для вторичной обмотки выполняем по следующей формуле W2 =U2*K , в результате получим 54 витка. Далее переходим к расчету ступеней первичной обмотки. Для этого используем формулу W1ст = (220*W2)/Uст .
Uст - необходимое выходное напряжение вторичной обмотки.
W2 - количество витков вторичной обмотки.
W1ст - количество витков первичной обмотки определенной ступени.
Но прежде чем приступить к расчету витков ступеней первичной обмотки, необходимо определить напряжение для каждого. Сделать это можно по формуле U=P/I , где:
P - мощность (Вт).
U - напряжение (В).
I - ток (А).
Например, нам требуется сделать четыре ступени со следующими показателями номинальной силы тока на вторичной обмотке: 160 А, 130 А, 100 А и 90 А. Такой разброс понадобится для использования электродов различного диаметра и сварки металла различной толщины. В результате получим Uст = 40,5 В для первой ступени, 50 В для второй ступени, 65 В для третьей ступени и 72 В для четвертой. Подставив полученные данные в формулу W1ст = (220*W2)/Uст , рассчитываем количество витков для каждой ступени. W1ст1 = 293 витка, W1ст2 = 238 витков, W1ст3 = 182 витка, W1ст4 = 165 витков. В процессе намотки провода на каждом из этих витков делается отвод для регулятора.
Осталось рассчитать сечение провода для первичной и вторичной обмоток. Для этого используем показатель плотности тока в проводе, который равен 3 A/мм2. Формула довольно проста - необходимо максимальный ток каждой из обмоток разделить на плотность тока в проводке. В результате получим для первичной обмотки сечение провода Sперв = 10 мм2. Для вторичной обмотки сечение провода Sвтор = 66 мм2.
Создавая сварочный трансформатор своими руками, необходимо выполнить все вышеперечисленные расчеты. Это поможет правильно подобрать все необходимые детали и затем собрать из них аппарат. Для новичка выполнение расчетов может показаться весьма запутанным занятием, но если вникнуть в суть выполняемых действий, все окажется не таким уж и сложным.
Опасным в электросети считается напряжении свыше 36 вольт. Вторичное напряжение холостого хода сварочных трансформаторов достигает 80 вольт и при проведении электросварочных работ сварщик может получить электротравму а в сырых помещениях и с летальным исходом.
Вторичное напряжение холостого хода в процессе сварки снижается по крутопадающей нагрузочной характеристике.
Использование средств первичной защиты при производстве сварочных работ, в виде резиновых перчаток и бот создают дополнительные неудобства и не всегда защищают от поражения электротоком.
Применение сварочных аппаратов с низким напряжением вторичной цепи приведёт к неустойчивому зажиганию сварочной дуги, длительность времени зажигания не менее 20 мсек - не ниже времени соприкосновения сварочного электрода с изделием. Практически все заводские сварочные трансформаторы имеют напряжение холостого хода в пределах 80 вольт и рабочее напряжение в 36-46 вольт переменного тока при максимальном токе сварочной дуги.
Использование стационарных устройств по снижению напряжения холостого хода сварочных аппаратов в переносном варианте невозможно по ряду причин: большие габариты и вес, обязательное вторичное заземление, сбои в работе от нечёткого включения при применении релейной коммутации.
Цели устройства:
Снизить вторичное напряжение сварочного аппарата возможно простыми методами:
1. Установить в первичную цепь резистор – реостат с плавной регулировкой сопротивления. Недостаток такого устройства – большие габариты и потери электроэнергии на нагрев сопротивления, невозможность автоматически поддерживать напряжение вторичной цепи в заданных приделах.
2. Избавиться от тепловых потерь можно вторым методом - питанием первичной обмотки через разделительный конденсатор, недостаток такого включения состоит в том, что при определённых условиях создаётся резонанс напряжений и их почти двукратный рост на конденсаторе и обмотках трансформатора.
Это может привести к выходу из строя этих элементов и даже возгоранию.
3.Третий способ снижения напряжения холостого хода прост по реализации, но требует дополнительных затрат на выполнение схемы ограничения холостого хода сварочного аппарата, позволяет поддерживать вторичное напряжение на безопасном уровне сколько угодно длительное время, автоматически, почти мгновенно, зажигает дугу при любом состоянии поверхности свариваемого металла.
Характеристики устройства
:
Напряжение электросети -220/380 В.
Мощность сварочного аппарата - не ограничена.
Сварочный ток - не ограничен.
Напряжение холостого хода сварочной цепи - 16-36 Вольт переменного тока.
Напряжение зажигания сварочной дуги -80 -120 вольт.
Время зажигания сварочной дуги 8-16 мсек.
Частота сети 50 Гц.
Экономия электроэнергии при ПВ 30% до 62 %.
Регулировка тока 36%.
Цели использования устройства
:
1) защита персонала при производстве сварочных работах в опасных промышленных и бытовых условиях
2) снижение напряжения сварочной цепи до допустимых пределов
3) ограничение загрузки электросети токами холостого хода
4) понижение температуры сварочного трансформатора при работе
5) улучшение качества сварки за счёт возможного регулирования сварочного тока и устойчивого зажигания дуги
6) экономия электроэнергии расходуемой агрегатом на холостой ход.
Принцип работы устройства заключается в предварительном ограничении напряжения холостого хода сварочной цепи, автоматического, устойчивого, зажигания сварочной дуги, путём кратковременной подачи повышенного напряжения в сварочную цепь и поддержание сварочного тока в установленных приделах.
Схема устройства
ограничения холостого хода сварочного аппарата состоит из бюджетного силового сварочного трансформатора Т 3 (Рис.1) с цепями защиты FU1 и коммутации SA1 первичной цепи и элементов вторичной цепи – диодного моста VD 7, дросселя L 1 и конденсатора фильтра C7.
В разрыв первичной цепи сварочного трансформатора включен мощный симистор VS1 с цепями защиты от помех С6, R15.
Во вторичной цепи сварочного трансформатора Т3 установлен трансформатор тока Т2 для снятия сигнала обратной связи, необходимого для запуска схемы и регулировки сварочного тока.
Для гальванического развязки схемы блока управления от опасного воздействия электросети, питание электронной схемы выполнено через силовой трансформатор Т1, а управление симистором VS1 происходит через динисторную оптопару DA2 включенную в коллекторную цепь усилителя на транзисторе VT2. Светодиодный индикатор HL1 указывает на рабочее состояние устройства.
Программируемый аналоговый таймер на микросхеме DA1 позволяет установить необходимые режимы работы устройства по времени.
Входной усилитель сигнала обратной связи на транзисторе VT1 позволяет предварительно усилить слабый сигнал до уровня достаточного для переключения таймера в рабочий режим, с отработкой функций - ограничения напряжения холостого хода, импульсного зажигания сварочной электродуги и установки рабочего тока в зависимости от сечения сварочного электрода.
При прохождении сварочного тока на обмотке (1) трансформатора тока Т2 возникает небольшое напряжение, которое после выпрямления диодным мостом VD4 сглаживается конденсатором С4 и стабилизируется на уровне трёх вольт стабилизатором VD3. C установочного резистора R7 через обратный диод VD2 напряжение обратной связи поступает на вход предварительного усилителя на транзисторе VT1. Коэффициент усиления зависит от свойств транзистора и номиналов резисторов R1,R2,R3. Начальное напряжение на коллекторе величиной в 2/3 Uп запрещает запуск таймера DA1, а при наличии входного сигнала обратной связи транзистор VT1 мгновенно переключается и напряжение на коллекторе снижается до 1/3 Uп, что создаёт условия для запуска таймера. Конденсатор С2 улучшает условия переключения и задерживает отключение на доли секунды при разрыве сварочного электрода, защищая от потери дуги.
Низкий уровень на входе 2DA1 нижнего компаратора таймера находящегося в состоянии ждущего мультивибратора разрешает его работу и на выходе (3) появляется высокий уровень.
Ждущий мультивибратор на таймере начинает генерировать на выходе импульс прямоугольного напряжения длительностью Т1=1,1 (R4+R5) C1, по окончанию этого процесса и по достижению напряжения на конденсаторе величины 2/3U срабатывает верхний компаратор по входу (6) DA1, выход микросхемы переключается в нулевое состояние, внутренний транзистор таймера откроется и разрядит конденсатор С1 со временем Т2= С1R6. При наличии сигнала обратной связи процесс генерирования прямоугольных импульсов продолжится.
Питание микросхемы и предварительного усилителя выполнено от параметрического стабилизатора на стабилитроне VD1 и ограничительном резисторе R8.
Импульсы положительной полярности через резистор R9 с выхода 3 DA1 таймера поступают на базу VT2 усилителя на транзисторе, а резисторами R7 устанавливается напряжение холостого хода вторичной обмотки сварочного трансформатора.
Транзистор VT2 с частотой определённой параметрами внешних элементов таймера DA1 через оптопару DA2 открывает симистор VS1 в обеих полярностях переменного тока сети.
Радиодетали в схеме установлены заводского исполнения: резисторы МЛТ -0,125 или С-29 -0,12, резистор R16 мощностью не менее двух ватт. Конденсаторы типа КМ и К50. Транзисторы обратной проводимости с коэффициентом усиления не менее В -100 типа КТ315 и КТ815Б соответственно со схемой. Вместо таймера DA1 можно установить аналог серии 555 или 7555.
Тип применяемого симистора зависит от сварочного трансформатора. Трансформатор тока Т2 типа ТК 20 -100 / 5.
Трансформатор питания Т1 - ТПП -112 на напряжение 8-10 вольт и ток не менее 100 мА, мощностью 8-15 ватт.
Плата устройства ограничения холостого хода сварочного трансформатора установлена в корпусе соответствующего размера, отдельно размещен трансформатор тока Т2, возможен вариант установки устройства вне корпуса сварочного аппарата.
Наладку устройства начинают с контроля напряжения на резисторе R8. Верхний вывод резистора R7 предварительно от схемы отключить. Резистором R5 при временно замкнутых выводах 2,6 DA1 установить вторичное напряжение сварочного трансформатора не ниже 16 вольт и не выше 36 вольт в зависимости от условий эксплуатации. Далее замкнув сварочную цепь электродом диаметром 3 мм установить резистором R7 момент переключения таймера DA1 по повышению яркости контрольного светодиода HL1 и по появлению полного напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т3. Резистором R4 выполняется регулирование сварочного тока в небольших пределах. Схема устройства выполнена на плате размерами 140 * 35 мм из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.
Литература:
1.С.Замковой. Ограничитель напряжения сварочного трансформатора. "Радио" №8,1984 г. стр.55-56.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DA1 | Программируемый таймер и осциллятор | NE555 | 1 | КР1006ВИ11 | В блокнот | |
| VT1 | Биполярный транзистор | КТ3102Б | 1 | В блокнот | ||
| VT2 | Биполярный транзистор | КТ972А | 1 | В блокнот | ||
| VD1 | Стабилитрон | КС210Б | 1 | В блокнот | ||
| VD2 | Стабилитрон | КС512Б | 1 | В блокнот | ||
| VD3 | Стабилитрон | КС133А | 1 | В блокнот | ||
| VD4-VD6 | Диодный мост | КЦ407А | 3 | В блокнот | ||
| VD7 | Диод | Д160 | 4 | В блокнот | ||
| VS1 | Тиристор & Симистор | ТС132-40-12 | 1 | В блокнот | ||
| DA2 | Оптопара | АОУ103В | 1 | В блокнот | ||
| С1, С3 | Конденсатор | 0.01 мкФ | 2 | В блокнот | ||
| С2 | 1 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| С4 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| С5 | Электролитический конденсатор | 470 мкФ 50 В | 1 | В блокнот | ||
| С6 | Конденсатор | 1 мкФ 600 В | 1 | В блокнот | ||
| С7 | Электролитический конденсатор | 10000 мкФ 100 В | 1 | В блокнот | ||
| С7 | Конденсатор | 0.1 мкФ 600 В | 1 | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 16 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R2 | Резистор | 1 МОм | 1 | В блокнот | ||
| R3 | Резистор | 1.2 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R4 | Резистор | 3.6 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R5 | Переменный резистор | 220 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R6 | Резистор | 120 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R7 | Подстроечный резистор | 3.3 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R8 | Резистор | 910 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R9 | Резистор | 560 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R10 | Резистор | 470 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R11 | Подстроечный резистор | 510 кОм | 1 |
