Сборка самодельных сварочных аппаратов постоянного тока

Дата: 27.05.2015
Просмотров: 1170
Комментариев:
Рейтинг: 22
Комментариев:
Рейтинг: 22
Оглавление: [скрыть]
  • Самодельный аппарат: блок-схема
  • Самодельный аппарат: трансформатор
  • Сварочный аппарат: дуговая характеристика
  • Динамическая характеристика
  • Возможные детали и расчеты
  • Принципиальная схема
  • Работа схемы сварки:
  • Конструкция трансформатора и дросселей
  • Конструкция аппарата
    • Детали и материалы сварочного устройства:
    • Инструменты для сборки

Чтобы сделать самодельные сварочные аппараты постоянного тока, вам понадобится источник питания повышенной мощности, преобразующий номинальное напряжение обычной однофазной сети и обеспечивающий постоянную величину (в амперах) соответствующего тока для непосредственного возникновения и удержания нормальной электродуги.

Схемы самодельного аппарата для сварки на постоянном токе

Схемы самодельного аппарата для сварки на постоянном токе.

Источником питания повышенной мощности выступает схема из таких составляющих:

На самом деле, исходя из схем самоделок, источником электродуги был и остается трансформатор, даже если не использовать вспомогательные узлы и схемы различных блоков регулирования.

Самодельный аппарат: блок-схема

Принципиальная электрическая схема блока питания сварочного аппарата

Принципиальная электрическая схема блока питания сварочного аппарата.

Блок питания вставляется в соответствующую коробку из пластмассы или металла. Он снабжается необходимыми элементами: соединительными разъемами, различными выключателями, клеммами и регуляторами. Сварочный аппарат можно оборудовать ручками для переноски и колесиками.

Такую конструкцию довольно хорошего качества сварки можно выполнить самостоятельно. Главный секрет такого аппарата – это минимальное понимание сварочного процесса, выбор материала, а также мастерство и терпение при изготовлении этого устройства,.

Но для сборки аппарата самостоятельно вы должны хотя бы немного понять и изучить основные навыки, момент возникновения и горения электродуги и теорию плавления электрода. Знать характеристики сварочных трансформаторов и их магнитопроводов.

Вернуться к оглавлению

Самодельный аппарат: трансформатор

Основой любой схемы сварочного устройства является понижающий нормальное напряжение (с 220 В до 45-80 В) трансформатор. Он работает в специальном дуговом режиме с максимальной мощностью. Такие трансформаторы просто обязаны выдерживать очень большие токи номиналом около 200 А. Их характеристики должны согласовываться, ВАХ трансформатора непременно должна всецело соответствовать специальным требованиям, иначе ее нельзя применить для режима дуговой сварки.

Сварочные аппараты (их конструкции) сильно разнятся. Разнообразие сварочных самодельных трансформаторов огромно, ведь в конструкциях очень много поистине уникальных решений. Помимо этого, самодельные трансформаторы очень просты: в них отсутствуют дополнительные устройства, предназначенные для непосредственной регулировки тока конструкции, которая протекает:

Конструкция самодельного сварочного полуавтомата

Конструкция самодельного сварочного полуавтомата.

Трансформатор в основном состоит из таких элементов:

  1. Магнитопровод металлический. Выполняется путем набора пластин из трансформаторной стали.
  2. Обмотки: первичная (сетевая) и вторичная (рабочая). Они бывают с выводами для регулировки (путем переключения) или для схемы устройства.

При расчете трансформатора на необходимый ток, варку производят, как правило, сразу с рабочей обмотки, не навешивая схем и разнообразных элементов ограничения и регулировки. Первичную обмотку необходимо выполнять с клеммами, отводами. Они служат для увеличения-уменьшения тока (например, поднастроить трансформатор при малом напряжении сети).

Главная часть любого трансформатора – его магнитопровод. При изготовлении самодельных разработок применяют магнитопроводы со списанных статоров электродвигателей, старых телевизионных и силовых трансформаторов. Поэтому и существует огромное разнообразие разработанных народными умельцами различных магнитопроводов для таких устройств.

Параметры (основные):

Сварочный трансформатор на бaзe широко распространённого ЛАТР2 (а), его подключение к принципиальной электрической схеме самодельного регулируемого аппарата для сварки на переменном или постоянном токе (б) и эпюра напряжении поясняющая работу транзисторного регулятора режима горения злектродуги

Сварочный трансформатор на бaзe широко распространённого ЛАТР2 (а).

Характеристики дополнительные просто невозможно оценить или измерить дома, даже с помощью приборов. Но как раз они и определяют годность трансформатора аппарата для формирования качественного шва при питании в режиме сварки руками.

Это напрямую зависит от того, как трансформатор «держит ток» и называется внешняя ВАХ (ВВАХ) питания.

ВВАХ – зависимость потенциалов (U) на разъемах и тока сварки, который меняется от нагрузочных свойств трансформатора и от электрической дуги.

Для сварки руками применяют лишь крутопадающую характеристику, а в автоматах используют пологоспадающую и жесткую.

Вернуться к оглавлению

Сварочный аппарат: дуговая характеристика

Дуга – электроразряд, протекающий несколько минут между электродом (плюсовым или фазным выводом) и массой (вывод минусовой). Помещенный в эту зону металл разогревается и плавится. При возникновении дуги возникает пробой газа межэлектронной области, а при стабилизации дугового процесса появится проводимость ионов. Стабилизатором нормальной дуги считается верхний слой электрода, так называемая обмазка, улетучивающаяся при сварке.

В процессе соединения металлов электродом, под воздействием высоких температур, осуществляется непосредственное расплавление металла с последующим формированием капли, а затем ее перенос с электрода на конструкцию. Возникновение, формирование и диаметр капель, а также скорость их появления, в основном зависят от длины электродуги, параметров электрода и силы тока.

Если система работает нормально, металл наваривается ровно, а дуга стабильна, то все выполнено прекрасно. Если нет, то ВАХ системы жесткая. Это исправляется включением балластного резистора номиналом меньше 1 Ом (часть проволоки нихромовой). Такой резистор ограничит I max трансформатора (ток максимальный) и выправит его ВА характеристику.

Так возможно получить хорошие результаты протекания нормальной дуги при ручной сварке. Улучшения крутизны ВА характеристики можно добиться, увеличив холостой ход (выходное напряжение) за счет снижения КПД системы.

Вернуться к оглавлению

Динамическая характеристика

Принципиальная электрическая схема мостового выпрямителя сварочного аппарата

Принципиальная электрическая схема мостового выпрямителя сварочного аппарата.

Еще один полезный технический параметр, характеризующий работу устройства – динамическая характеристика (ДХ) вашего блока питания, который должен обладать быстрой реакцией на изменения электропараметров дуги (тока, напряжения). Это зависит от времени восстановления напряжения от нулевых показаний в режиме короткого замыкания до напряжения повторного появления дуги.

Это время и есть ДХ блока питания. Оно не должно быть более 25 Вольт/0,05 секунд. Эта ДХ сказывается при замыкании раскаленного металла на деталь, в момент перехода трансформатора в короткозамкнутый режим. При этом сила тока КЗ в обмотке вторичной может достигать двойной величины, а сварочные аппараты для сварки руками, из-за такого соотношения, могут иметь отрицательный фактор.

Для устойчивого горения сварочной дуги важное свойство имеет так называемая эластичность дуги. Она продолжает гореть при увеличении ее длины. Эластичность дуги величина количественная, ее критерием является ее максимальная длина, при которой дуга способна существовать.

Дуга возгорается только при достижении нужного напряжения в начальном полупериоде. Дуга тока переменного гаснет и зажигается 100 раз/сек отдельными вспышками. Это возможно изменить потенциалом холостого хода и сдвигом фаз между потенциалом холостого хода и дуговым током. Уменьшить паузы длительности горения электродуги можно, увеличив потенциал холостого хода.

Но не рекомендуется (из-за электробезопасности) увеличивать его больше 80 В. Это решается применением схемотехники, например, включив дросселя, создающие сдвиг фаз напряжения и тока. Электродуга, после доработки поддерживаемая самоиндукцией, может и не прерываться.

Вернуться к оглавлению

Возможные детали и расчеты

Схема инверторного сварочного аппарата

Схема инверторного сварочного аппарата.

При постоянном потенциале электродуга отличается высокой стабильностью и качеством швов. Постоянный ток в самодельных аппаратах возникает при применении выпрямителей большой мощности. Например, выполненных с помощью диодов с током на 200 А – В-200.

Их большие размеры и обязательное применение радиаторов для эффективной теплоотдачи обуславливают параметры конструкции. Возможно, а даже в некоторых случаях и лучше, если вы примените специальный диодный мост. Тем более что их можно запараллелить, увеличив тем самым выходной ток.

Кривая формы напряжения сглаживается «электролитом» 10000 мкф или более, подключаемым через резистор. Он необходим для предотвращения возникновения КЗ в момент возгорания дуги, при касании электродом свариваемых деталей.

Особенностью расчетов является то, что, собирая самодельный аппарат своими руками, приходится все параметры подстраивать под имеющиеся в наличии детали, которые очень часто не самого лучшего качества. Например, применяют магнитопровод от слабого трансформатора или используют статор старого проржавевшего двигателя.

Все это сказывается на качестве сварки. Но, несмотря на это, многие умельцы создают поистине уникальные самодельные аппараты, которые имеют мягкое зажигание электродуги, сваривают детали с тонкими стенками и почти не разбрызгивают кусочки металла.

Вернуться к оглавлению

Принципиальная схема

Пакет трансформаторного железа (магнитопровод)

Пакет трансформаторного железа (магнитопровод).

Исходя из вышесказанного, были испробованы разные конструкции, с транзисторным и тиристорным управлением, которые привели к настоящей схеме.

Оказалось, что более надежны тиристоры. Они легко выдерживают любое замыкание на выходе и быстро выходят из этого состояния. Им не нужен мощный радиатор, так как тепловыделение намного меньше. Транзисторы быстро выходят из строя при перегрузке и очень капризны к подбору параметров.

Схема не оригинальна, как может показаться. Но она отличается простотой и надежностью, легкодоступностью деталей и быстротой наладки. Это конвертор, собранный из элементов «совкового» телевизора. Его данные таковы:

При сваривании 3-миллиметровой стали электродом калибра 3 мм, ток потребления составляет порядка 10 А, а напряжение сварки получают путем нажатия кнопки на вилке удерживающей электрод. Это помогает:

  1. Повысить безопасность, ведь при отжатии кнопки напряжение на нем отсутствует.
  2. Работать с повышенным напряжением возникновения дуги, обеспечивающим ее горение.
  3. При включении напряжения обратной полярности появляется возможность сварки очень тонких деталей.
Вернуться к оглавлению

Работа схемы сварки:

Блок – схема сварочного инвертора

Блок – схема сварочного инвертора.

  1. Мост сетевой VD1-VD4 выпрямляет переменный потенциал сети.
  2. Ток начинает течь по контактам лампы HL1, стоящей в качестве индикатора всего процесса, заряжая «электролит» С5. HL1 также ограничивает ток заряда устройства. Как только она погаснет, можно сваривать детали.
  3. При начале зарядки С5, происходит зарядка батареи конденсаторов С6-С17 через контур дросселя L1. Светодиод HL2 светится и показывает, что на аппарат поступает напряжение сети. Но сварки не происходит – тиристор VS1 закрыт. На его управляющем выводе нет потенциала.
  4. При включении кнопки SB1 напряжение идет на генератор импульсов с частотой 25 кГц, который выполнен по схеме телевизоров 3УСТЦ на транзисторе VT1 (однопереходном).
  5. Импульсы этого генератора поступают на тиристор VS2, запуская его, а он открывает запараллеленные тиристоры VS3-VS7 .
  6. «Электролиты» С6-С17 начинают разряжаться через обмотку «I» трансформатора Т1 и контур дросселя L2. Вся эта цепь – Т1, С6-С17 и дроссель L2 является колебательным контуром с изменяющимся током. Когда контур находится в противофазе ток идет по диодам VD8, VD9. Запараллеленные (VS3-VS7) тиристоры запираются и ожидают нового импульса узла на VT1. После этого все повторяется.
  7. На трансформаторе (на обмотке «III») возникают импульсы, отпирающие VS1. А через него выпрямитель VD1-VD4 соединяется с преобразователем на тиристорах.

Для индикации запуска генератора установлен светодиод HL3. Для выпрямления напряжения сварки установлены VD11-VD34. А для сглаживания формы кривой и облегчения возникновения электродуги служат «электролиты» С19-С24.

Вернуться к оглавлению

Конструкция трансформатора и дросселей

Схема намотки провода

Схема намотки провода.

Т1 собран из 3-х «строчников» от старых телевизоров, сложенных вместе. Сердечник ПК30х16 из феррита марки 3000НМС-1. Обмотки «I» и «II» имеют по 2 секции с проводом ПСД 1,68 в изоляции из стеклоткани. Они соединены согласно последовательно и имеют витки:

Обмотка «I» работает в худшем тепловом режиме, поэтому при сборке необходимо мотать ее с шагом (зазором) 1 мм. Во второй обмотке не забудьте сделать отвод от середины.

Обе обмотки надо поставить таким образом, чтобы не нарушилась работа диодов VD11-VD34. Направление намотки обмотки «I», начиная от вывода подсоединенного к L2 – против стрелки часов. А направление намотки обмотки «II» – по часовой, от вывода, подключенного к VD21-VD34.

http://youtu.be/dgoFznbxQPs

Обмотка «III» – виток провода 0,4-0,5 мм в изоляции на напряжение 500 В и более.

Важно распределить обмотки, правильно выдержав зазоры. Это необходимо для охлаждения магнитопровода и по соображениям безопасности. Для этого устанавливают 4 стеклотекстолитовые (1,5 мм) пластины, которые после подгонки приклеивают.

Дроссель L1, индуктивностью 40±10 мкГн, намотан на сердечнике ПЛ 12,5×25-50 с зазором (немагнитным) 0,3-0,5 мм и имеет 175 витков, намотанных проводом типа ПЭВ-2, калибром 1,32.

Дроссель L2 – спираль без каркаса, намотанная 4 мм2 проводом в термоизоляции. Количество витков -11, диаметр намотки -14 мм. Через дроссель идет большой ток и его необходимо обдувать.

http://www.youtube.com/watch?v=co6SUTVGqOs

Вернуться к оглавлению

Конструкция аппарата

Выпрямитель VD11-VD34 представляет этажерку из алюминия, стянутую шпильками. Каждые два диода зажаты между 1 мм пластинами габаритами 44×42 мм.

Транзистор VT1, «кондеры» С2-С4 и С6-С18, тиристоры VS2-VS7, стабилитроны и диоды VD5-VD7, VD8-VD10 и резисторы установлены на стеклотекстолитовой плате.

Вернуться к оглавлению

Детали и материалы сварочного устройства:

Схема сборки трансформатора сварочного аппарата

Схема сборки трансформатора сварочного аппарата.

  1. SA1 – переключатель пакетный. Ток 16 А и более.
  2. ВН-2 – вентилятор (обозначен на схеме М1).
  3. С1 – напряжение 220 В и более.
  4. VD1-VD4 – диоды на 16 А и более, установленные на 2-х мм радиаторы площадью 900 мм2.
  5. «Электролит» С5 можно составить из нескольких. Напряжение 400В и более.
  6. С6-С24 с напряжением 1000 В и более должны иметь диэлектрически малый угол потерь, например К78-2 или импортные пленочные.
  7. VS2-VS7 – тиристоры КУ221 А. Из-за больших токов и разогрева катодов тиристоров, желательно надеть на них пистоны из фольги медной. Все тиристоры установлены на общий 3-миллиметровый пластину-радиатор.
  8. VD8-VD9 – диоды КД213А (Б, В) или КД2997А (Б), установлены на радиатор с тиристорами. VD9 стоит на слюдяном изоляторе.
  9. R14-R18 – резисторы марки C5-16 В или более мощные.
  10. Винты, гайки, шайбы.
  11. Заклепки.
  12. Алюминиевые пластины.

http://youtu.be/LvIyLUOzS64

Вернуться к оглавлению

Инструменты для сборки

Такие устройства можно использовать для сварки деталей в гараже или сарае. Их даже можно арендовать соседям.

КОММЕНТАРИИ
Наверх