Электросварочный трансформатор (стр. 2 из 2)
На рис. 4 показана типичная статическая ВАХ электрической дуги. При наложении на нее выходной ВАХ сварочного трансформатора легко видеть, что устойчивой точкой поддержания дуги является точка А, причем увеличение крутизны "падения" характеристики сварочного трансформатора приводит к еще большей стабилизации дуги.
Рис. 4. Статическая ВАХ электрической дуги.
В аппаратах переменного тока, работающих от однофазной сети, дуга должна возникать при каждом полупериоде питающего напряжения, что делает более жесткими требования к аппарату и материалу электрода, чем при сварке постоянным током или трехфазным.
При изготовлении аппарата дуговой сварки часто пытаются копировать промышленные образцы, которые для обеспечения падающей характеристики в большинстве своем выполнены на основе магнитопровода с повышенным магнитным рассеянием или дросселя. В условиях домашней лаборатории на указанных принципах трудно создать аппарат с хорошими массогабаритными показателями, кроме того, он неспособен удовлетворительно работать в режиме контактной сварки, которая представляет для радиолюбителей большой интерес.
Существует принцип формирования "падающей" ВАХ способом управления углом отсечки синусоидального напряжения, позволяющий решить проблемы снижения массы аппарата, а также расширить возможности его применения. На рис. 5 показана функциональная схема сварочного аппарата, работающего по этому принципу.
Напряжение вторичной обмотки U2 трансформатора Т1 в момент замыкания контактов коммутатора тока S1 поступает на сварочный электрод. Если замыкать контакты коммутатора во второй половине полупериода напряжения сети (в момент tз, рис.6,а), то первоначальный уровень напряжения Uз обеспечит образование электрической дуги, а падающая характеристика будет следствием изменения мгновенного напряжения Un по синусоидальному закону.
Рис. 5. Функциональная схема сварочного аппарата.
Для аппаратов, работающих на малых значениях сварочного тока, необходимо обеспечить крутопадающую характеристику. Этого достигают выбором числа витков вторичной обмотки. На рис. 6,б) показано, как можно изменять крутизну характеристики при одном и том же напряжении зажигания дуги. Таким образом, в аппарате с управлением углом отсечки вторичного напряжения есть все условия для образования электрической дуги и возможность регулирования мощности.
Рис. 6. Половина периода переменного напряжения на вторичной обмотке.
Другим требованием к аппаратам является обеспечение необходимого времени восстановления напряжения зажигания после замыкания цепи электрод-деталь (каплями расплава и т. п.) - не более 50 мс. В аппарате описываемой структуры это требование выполняется автоматически при высоком быстродействии коммутатора S1. Оптимизации процесса для конкретного диаметра электрода, материала детали и т. п. добиваются выбором момента замыкания контактов коммутатора S1 (tз на рис. 6,а).
При построении сварочного аппарата предпочтительно применение тороидального магнитопровода, обладающего минимальными габаритами и полем рассеяния.
Изменением времени коммутации tз можно перевести аппарат в режим жесткой выходной характеристики, что превратит его в мощный источник переменного или выпрямленного напряжения, который может работать, например, зарядным устройством, или в установке точечной контактной сварки.
Расчет электросварочного трансформатора
Следует отметить, что проведение точного расчета магнитопровода трансформатора нецелесообразно, так как приходится довольствоваться теми магнитопроводами, которые выпускает наша промышленность. Более того, обычно неизвестна ни марка, ни технология прокатки электротехнической стали магнитопровода, а одной магнитной проницаемости (которую, в общем, нетрудно определить) для расчета недостаточно. Можно рекомендовать следующую методику ориентировочного расчета трансформатора.
Сначала находят требуемую мощность. Основным критерием здесь служит максимальный диаметр электрода, определяющий примерное действующее значение сварочного тока. Так, для электрода диаметром 1,5 мм сварочный ток должен быть в пределах 25...40 А, для 2 мм - 60...70 А, для 3 - 100...140, для 4 - 160...200. Мощность трансформатора в ваттах равна Ртр=25*Icв, где Icв- сварочный ток в амперах.
Далее определяют сечение магнитопровода в см.кв.: S>0,015*Р (где Р - в ваттах). Для магнитопроводов отличных от тороидального следует увеличить сечение в 1,3...1,5 раза. Затем вычисляют диаметр в мм. провода первичной обмотки: di >= 1,13
. Диаметр в мм провода вторичной обмотки вычисляют по формуле: dii>=1,13 
, где i - плотность тока в А/мм2. При токе I, меньшем 100 А, принимают i равной 10 А/мм2; при токе менее 150 А - 8 А/мм2, при токе менее 200 А - 6 А/мм2. Если используют некруглый провод, его сечение должно быть равным сечению круглого. В расчете принято, что среднее суммарное время горения дуги не превышает 20 % от среднего суммарного времени пауз между периодами горения дуги.Теперь обычным порядком рассчитывают условия заполнения обмотками окна магнитопровода. Соотношения здесь не даны; напомним лишь о необходимости внимательно отнестись к расчету, не забыть учесть толщину слоев изоляции.
В качестве примера можно рассмотреть следующий вариант сварочного трансформатора. Его схема показана на рис. 7. Первичная обмотка сконструирована так, чтобы возможно было варьировать число витков, включенных в сеть. Намоточные характеристики трансформатора представлены в таблице.
Рис. 7. схема сварочного трансформатора.
Таблица 1. Намоточные характеристики трансформатора.
| Сетевой транс-форматор аппарата | Обмотка | Число витков | Провод, диаметр, мм (сечение, мм2) | Примечания |
| Меньшей мощности | 1 | 40 | ПЭВ-2 1,5 | 2 отвода: от 10-го и 220-го витка |
| 11 | 240 | МГШВ (0,35) | Пригоден любой провод сечением от 0,2 до 0,75 мм 'с изоляцией, допускающей работу при температуре не менее +80 ° | |
| III IV-V11 | 20 по 5 | ПВЗ (10) ПВЗ (10) | Допустимо использование провода ПВЗ сечением 6 мм2 при намотке в "два провода |
| Сетевой транс-форматор аппарата | Обмотка | Число витков | Провод, диаметр, мм (сечение, мм2) | Примечания |
| Большей мощности | 1 | 185 | ПЭВ-2 1,8 | 3 отвода: от 20-го, 30-го и 135-го витка |
| 11 | 40 | МГШВ (0,35) | Пригоден любой провод сечением от 0,2 до 0,75 мм 2 с изоляцией, допускающей работу при температуре не менее +80 °С | |
| III IV-IX | 9 по 4 | (10х3) (10х3) | Допустимо использование любого провода указанного сечения с изоляцией, имеющей теплостойкость не ниже +80 °С |
Таким образом, сетевое напряжение 220 В у первого из трансформаторов (рис. 7) может быть подведено к 210, 220, 230 или к 240 виткам первичной обмотки, а у второго - к 115, 135, 155, 165 или к 185 виткам. Это позволяет в довольно широких пределах изменять коэффициент трансформации и вместе с коммутацией сильноточных обмоток III-VII (III- IX) подбирать оптимальный режим сварки. Для дуговой сварки сильноточные обмотки соединяют последовательно, а для контактной - параллельно.
В сетевом трансформаторе аппарата меньшей мощности вместо провода ПВЗ (ГОСТ 6323-79) можно использовать и другой, допускающий работу при температуре до +80 °С и имеющий указанное сечение. Магнитопровод использован от трансформатора ЛАТР-9 без какой-либо переделки. Первичную обмотку изолируют лентой из лакоткани или, в крайнем случае, черной липкой тканевой изолентой. При сварке электродами диаметром до 2 мм возможно подключение этого аппарата к бытовой сети переменного тока напряжением 220 В.
Аппарат большей мощности предназначен для сварки электродами диаметром до 4 мм при соответствующей мощности питающей сети. Магнитопровод составлен из двух от трансформаторов ЛАТР-9, у которых внутренний диаметр увеличен до 80 мм - удалена часть витков стальной ленты - для размещения обмоток. Снятые два отрезка стальной ленты намотаны на магнитопроводы и закреплены с внешней стороны.
На выводы обмоток III-VII трансформатора аппарата меньшей мощности надевают и пропаивают наконечники с отверстием под винт М5. Можно использовать стандартные наконечники 10-5-5 (ГОСТ 7386-80), 10-5-М (ГОСТ 22002.1-82) или вырубить их зубилом из медного (латунного) листа толщиной не менее 1 мм. При дуговой сварке обмотки соединяют последовательно, при контактной - параллельно, как показано на рис. 7. Число подключенных обмоток может изменяться в зависимости от требуемой крутизны падающей характеристики при дуговой сварке, или для обеспечения допустимого тока через обмотки при контактной сварке. В аппарате большей мощности наконечники не нужны, отверстия под винт М5 сверлят непосредственно в выводах у их конца.
Список литературы
1. Вересов Г. П. Электропитание бытовой РЭА. М.,1983.
2. Белопольский И. И., Пикалова Л. Г. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 272с.
3. Сидоров И. Н., Скорняков С. В. Трансформаторы бытовой РЭА. М.: Радио и связь, 1994. - 367с.
4. Каретников К. А. Расчет трансформаторов и дросселей. М..:, 1973. - 272с.
5. Эраносян С. А. Сетевые блоки питания с высокочастотным преобразованием. Л.:Энергоатомиздат, 1991.
6. А. С. 1317420 СССР, МКИ 05 1/569 Источник питания с бестрансформаторным входом.
7. Простаков В. Г. Открытия, изобретения. 1987.N22.
8. Петров А. Эффективный импульсный стабилизатор напряжения. Радиолюбитель. N1, 1993, с. 29,