Изготовление дросселя для сварочного аппарата своими руками

Дата: 18.05.2015
Просмотров: 1429
Комментариев:
Рейтинг: 25
Комментариев:
Рейтинг: 25
Оглавление: [скрыть]
  • Расчет сечения проводов первичной обмотки трансформатора
  • Расчет сечения проводов вторичной обмотки трансформатора
  • Выпрямитель для сварочного аппарата
  • Способы регулирования тока сварочной дуги
  • Как сделать дроссель и намотать его правильно?

Понижающий трансформатор является основой простейшего сварочного аппарата. Более сложным является сварочный аппарат, у которого на выходе имеется выпрямитель, который переменное напряжение преобразует в постоянное. Такие сварочные аппараты называют выпрямителями.

Типы трансформаторов

Трансформаторы бывают трех видов: тороидальный, стержневой и броневой, различия между ними можно увидеть на рисунке выше.

Самым сложным является сварочный аппарат, преобразующий входную частоту сети питания 50 Гц сначала в постоянное напряжение, как у выпрямителей, с последующим преобразованием его в переменное, частота которого измеряется уже килогерцами. Это инвертор.

Сделать своими руками инвертор по силам только тому, кто хорошо разбирается в радиоэлектронике и в используемой там элементной базе. Для этого специалиста не нужно объяснять, для чего нужен дроссель и где его место в схеме. А неподготовленному человеку целесообразно объяснить, что такое трансформатор и выпрямитель к нему.

Расчет сечения проводов первичной обмотки трансформатора

Схема устройства сварочного трансформатора

Схема устройства сварочного трансформатора.

Теория трансформаторов сложна тем, что она основана на законах электромагнитной индукции и других явлений магнетизма. Однако, не используя сложный математический аппарат, можно пояснить, как работает трансформатор и можно ли его собрать самостоятельно.

Вручную трансформатор можно намотать на металлическом сердечнике, собранном из пластин трансформаторной стали. Проще выполнить намотку на стержневой или броневой сердечник, чем на тороидальный. Сразу же следует обратить внимание, что на изображении хорошо видна разница в толщине проводов: тонкий провод расположен непосредственно на сердечнике, и в нем явно видно большее количество витков. Это первичная обмотка. Более толстый провод и с меньшим количеством витков – это вторичная обмотка.

Не учитывая потери мощности внутри трансформатора, рассчитаем, каким должен быть ток I1 в его первичной обмотке. Идеальное напряжение сети равно U=220 В. Зная потребляемую мощность, например, P=5 кВт, имеем:

I1 = Р:U= 5000:220=22,7 А.

По току в первичной обмотке трансформатора определяем диаметр провода. Плотность тока для бытового сварочного трансформатора должна быть не более 5 А/мм2 сечения провода. Следовательно, для первичной обмотки потребуется провод сечением S1=22,7:5=4,54 мм2.

По сечению провода определяем квадрат, его диаметр d без учета изоляции:

d2=4S/π=4×4,54/3,14=5,78.

Извлекая корень квадратный, получаем d=2,4 мм. Эти расчеты выполнены для медных жил провода. При намотке проводов с алюминиевым сердечником полученный результат необходимо увеличить в 1,6-1,7 раза.

Для первичной обмотки применяют медный провод, изоляция которого должна хорошо выдерживать высокие температуры. Это стеклотканевая или хлопчатобумажная изоляция. Подойдет резиновая и резинотканевая изоляция. Провода, имеющие ПВХ изоляцию, применять не следует.

Вернуться к оглавлению

Расчет сечения проводов вторичной обмотки трансформатора

Схема трансформатора с первичной и вторичной обмоткой

Схема трансформатора с первичной и вторичной обмоткой.

Напряжение на выходе трансформатора сварочного аппарата в отсутствие сварочной дуги (режим холостого хода) обычно составляет 60-80 В. Чем выше напряжение холостого хода, тем надежнее зажигается дуга. Напряжение же сварочной дуги обычно в 1,8-2,5 раза меньше, чем напряжение холостого хода.

Внимание. О том, что в отсутствие дуги напряжение на выходе трансформатора опасно для жизни, необходимо помнить постоянно.

Для сварки в быту обычно используют электрод диаметром 3 мм, которому достаточно обеспечить ток дуги примерно в 150 А. При напряжении холостого хода, равном 70 В, напряжение дуги будет равно примерно 25 В, и потребляемая мощность Р сварочного аппарата должна быть не менее

Р=25×150=3750 Вт =3,75 кВт.

Целесообразно рассчитывать трансформатор на большую мощность, то есть больший ток сварочной дуги. Например, при токе дуги в 200 А потребляемая мощность составит примерно 5 кВт. Вот на такую мощность и следует рассчитать трансформатор.

Напряжение однофазной сети в доме должно быть равным 220 В, но оно может изменяться на ±22 В. Это одна из причин, из-за которой может изменяться ток дуги и потребуется его регулировать.

Сечение провода во вторичной обмотке трансформатора определяют исходя из плотности тока, равной 5 А/мм2. Для тока в 200 А сечение провода равно 40 мм2, то есть это может быть только шина, которую наматывают с послойным изолированием. По существующим типовым размерам можно подобрать требуемую шину и по длине, и по поперечному сечению.

Типовые размеры медных шин, выпускаемых промышленностью:

Схема изготовления сварочного дросселя

Схема изготовления сварочного дросселя

Можно воспользоваться и многожильным проводом, сечение которого соответствует рассчитанному значению. Для увеличения сечения провод можно сложить вдвое или втрое. Для алюминиевого провода сечение необходимо увеличить в 1,6-1,7 раза.

Для дросселя, который включают на выходе трансформатора, сечение провода должно быть таким же, как и во вторичной обмотке трансформатора.

Вернуться к оглавлению

Выпрямитель для сварочного аппарата

Электрическая схема выпрямителя сварочного аппарата

Электрическая схема выпрямителя сварочного аппарата.

Для сварки на постоянном токе к выходной обмотке трансформатора необходимо присоединить преобразователь переменного тока в постоянный. Такое устройство называют выпрямителем, поэтому и сварочный аппарат с этим устройством называют выпрямителем.

Верхний график представляет синусоидальное напряжение на выходе вторичной обмотки трансформатора. Горизонтальная ось t – это ось времени. Временной интервал между нулевыми значениями напряжения определяют периодом колебаний. Он состоит из положительного и отрицательного полупериодов.

Видно, что ток не постоянный, а пульсирующий. Уменьшить пульсацию можно только путем увеличения емкости конденсатора.

Для регулирования тока дуги дроссель необходимо включить между выходом трансформатора и точкой 3 выпрямителя.

Вернуться к оглавлению

Способы регулирования тока сварочной дуги

Рассмотрим один из способов регулирования тока сварочной дуги, основанный на применении дросселя во вторичной обмотке трансформатора. Регулируют ток дуги путем изменения воздушного зазора, предусмотренного в сердечнике, на котором выполнена намотка шины.

Рассмотрим три режима, в котором может находиться трансформатор.

Схема холостого хода и короткого замыкания трансформатора

Схема холостого хода и короткого замыкания трансформатора.

  1. Режим холостого хода. Переменное напряжение подано на вход трансформатора. Во вторичной обмотке индуцируется ЭДС, но ток в выходной цепи отсутствует.
  2. Режим нагрузки. В результате зажигания дуги она замыкает выходную цепь, состоящую из вторичной обмотки трансформатора и обмотки дросселя. Протекает ток, величина которого определяется индуктивным сопротивлением этих обмоток. Если бы не было дросселя, то ток был бы максимальным. Степень воздействия зависит от размеров воздушного зазора в стержне, на который намотана обмотка.
  3. Режим короткого замыкания. Это момент касания электродом свариваемых частей заготовки. В сердечнике трансформатора создается переменный магнитный поток, и во вторичной обмотке индуцируется ЭДС. Ток в цепи определяется величиной индуктивного сопротивления дросселя и вторичной обмотки трансформатора.

При увеличении зазора сопротивление возрастает. Это приводит к уменьшению магнитного потока и, соответственно, к уменьшению индуктивного сопротивления катушки дросселя и общего сопротивления цепочки. Ток дуги возрастает. Такой способ позволяет плавно регулировать ток.

Схема трансформатора в сборе

Схема трансформатора в сборе.

Однако подвижная система имеет тот недостаток, что в результате вибрации металла при прохождении по катушке переменного тока она становится не очень надежной.

Можно, жертвуя плавностью регулировки, делать ее ступенчатой. Для этого необходимо сделать дроссель так, чтобы в магнитопроводе не было воздушного зазора. В процессе намотки через определенное количество витков необходимо делать отводы. В этом варианте ток можно регулировать ступенчато, через контакты, которые необходимо делать мощными в расчете на прохождение тока в сотни ампер.

Существует еще одна причина, по которой необходимо включение дросселя для создания условий нормальной ручной сварки.

Характеристику зависимости напряжения дуги от ее тока называют падающей. Неопытному сварщику придется поверить, что такая зависимость полезна при сварке, если трудно выдерживать неизменное расстояние между электродом и свариваемыми частями. Чтобы обеспечить такую характеристику, индуктивного сопротивления только вторичной обмотки трансформатора недостаточно. Непосредственная задача дросселя для сварочного аппарата – прибавить недостающее сопротивление.

https://www.youtube.com/watch?v=cRlu4175BkQ

Вернуться к оглавлению

Как сделать дроссель и намотать его правильно?

Для намотки катушки дросселя можно воспользоваться магнитопроводом серии UI. В таблице 1 приведены размеры, соответствующие максимальным значениям параметров а и b.

Таблица 1.

Наименование a, мм b, мм c, мм d, мм e, мм f, мм h, мм i, мм k1, мм k2, мм Отверстия, мм
UI 90 90 120 90 30 30 30 7,8 60 15 105 4
UI 120 120 160 120 40 40 40 11,0 80 20 140 4

Прежде чем делать намотку, необходимо изолировать ярмо. В процессе намотки ее направление не меняют. Очередной слой изолируют от предыдущего хлопчатобумажной изоляцией. Можно использовать стеклоткань или картон, предназначенный для изоляции. Изоляционную прокладку пропитывают бакелитовым лаком. Если при намотке делают выводы, то их следует сразу же маркировать.

Ступенчато регулировать ток сварочной дуги можно путем включения на выходе нагрузочного омического сопротивления в виде спирали из нихрома, с периодическими отводами. Однако этот метод неудобен из-за возможно большого нагрева нити (даже докрасна).

Для плавной регулировки создают подвижные обмотки трансформатора. Меняя расстояние между первичной и вторичной обмоткой, изменяют величину магнитного потока и, следовательно, сопротивление во вторичной обмотке трансформатора.

https://www.youtube.com/watch?v=Cmvuqh-Xl-0

Но для сварочного аппарата, используемого в быту, наиболее подходящим является метод плавной регулировки с применением дросселя.

КОММЕНТАРИИ
Наверх