Другие типы сварочных трансформаторов

Наиболее мощные из переносных типов имеют, как правило, мощность до 2,5 кВ.А. Провод и железо таких трансформаторов подбирают по мощности, из расчета работы в длительном режиме (плотность тока 2-4 А/мм2), поэтому они имеют значительные сечения. В режиме дуговой сварки трансформатор способен развивать мощность в несколько раз выше номинальной, а его провод безбоязненно переносит кратковременные перегрузки тока. Если вы имеете мощный однофазный трансформатор с клеммами для включения на 220/380 В и выход 36 В (возможно 12 В), то проблем с его подключением нет.

Возможно придется домотать несколько витков вторичной обмотки для повышения выходного напряжения. Подходят трансформаторы с диаметром провода первичной обмотки около 2 мм, имеющие площадь магнитопровода до 60 см2. (Продолжение. Начало см. в РЭ 2-4/2000) Существуют трансформаторы на на- пряжение 36 В, предназначенные для включения в трехфазную сеть 380 В. Для переоборудования хорошо подхо- дят трансформаторы мощностью 2,5 кВ.А, а мощностью 1,25 и 1,5 кВ.А можно использовать только в кратковременном режиме, так как их обмотки при значительных перегрузках быстро перегреваются. Для использования трехфазных трансформаторов от однофазной сети 220 В, их обмотки необходимо соединить между собой по-другому. Тогда при хорошем напряжении в сети мощности полученно- го СТ будет достаточно для работы эле- ктродом Ж4мм. Изготовлены трехфазные трансформаторы на Ш-образном магнитопроводе с сечением одного плеча не менее 25 см²

На каждом плече намотано по две обмотки внутри первичная и вторичная поверх нее. Таким образом, трансформатор имеет шесть обмоток. Для начала необходимо отключить обмотки от предыдущей схемы и найти начало и конец каждой. Катушки среднего плеча в данном случае не понадобятся вообще, работать будут только обмотки на крайних плечах. Две первичные обмотки с крайних плеч нужно соединить между собой параллельно. Ввиду того что магнитный поток должен циркулировать в магнитопроводе в одном направлении, то катушки на противоположных плечах должны создавать потоки в противоположные стороны относительно, например, оси центрального плеча: одна вверх, другая вниз. Так как катушки намотаны одинаково, то токи в них должны течь в противоположных направлениях. Значит, параллельно соединять их нужно разными концами: начало 1-й соединить с кон- цом 2-й, конец 1-й с началом 2-й. Вторичные обмотки соединяют последовательно между собой концами либо началами (рис.12). Если обмотки подключены правильно, то выходное напряжение х.х. должно не намного превышать 50 В. Трансформаторы данного типа часто встроены в удобный металлический корпус с ручками и откидной крышкой. Переоборудование их в сварочные аппа- раты весьма распространено. Большинство промышленных однофазных СТ изготовлены по П-образной схеме, магнитопровод которых собран из набора прямоугольных пластинок соответствующей длины и ширины. Обмотки на П-образном магнитопроводе можно располагать по двум вариантам: в первом (рис.13,а) трансформатор обладает большим КПД, во втором (рис.13,б) СТ легче изготовить, а потом в случае необходимости добавить или убрать какое-то количество витков в уже собранном трансформаторе. В этом случае трансформатор легче ремонтировать, так как сгорает только одна обмотка, а вторая обычно остается целой.

    При использовании схемы (рис.13,а), при возгорании одной обмотки, всегда обугливается и вторая. Если есть подходящие пластинки из трансформаторного железа, то СТ на П- образном магнитопроводе легко изготовить самостоятельно. Обмотки наматывают отдельно на каркас, а потом устанавливают на собираемый магнитопровод. Как собран П-образный магнитопровод, проще всего увидеть, разобрав любой небольшой трансформатор аналогичной конструкции. В больших трансформаторах пластины устанавливают не через одну, а пакетами по 3-4 штуки, так быстрее. Магнитопровод для СТ можно использовать, например, от П-образных трансформаторов, снятых со старого оборудования, если у них достаточны объем окна и сечение магнитопровода. Но, как правило, большинство приборных трансформаторов обладают ограниченными размерами. Имеет смысл собрать из двух одинаковых трансформаторов один магнитопровод, увеличив, таким образом, площадь сечения. Увеличение сечения магнитопровода дает выигрыш в витках: их теперь придется наматывать значи- тельно меньше. А чем меньше витков, тем в меньшее по объему окно можно установить обмотки.

Разумный предел 50- 60 см2. СТ можно изготовить на Ш-образном магнитопроводе при условии, что в его окна поместится нужное количество вит- ков толстых обмоточных проводов. Автор изготовил СТ из магнитопроводов двух одинаковых Ш-образных трансформаторов с внешними размерами Ш-образной пластинки 122х182 мм и размерами окна 31х90 мм. Площадь сечения сложенного из набора пластин от двух трансформа- торов магнитопровода превысила 60 см2, что дало возможность до минимума снизить число витков его обмоток. Впритык вошла первичная обмотка из 176 витков провода Ж1,68 мм и вторичная в два про- вода Ж2,5 мм с выходным напряжением 46 В. При сетевом напряжении 235 В СТ развил ток дуги 160 А, хотя грелся при этом больше, чем хотелось бы. Как правило, сложенные из пластин сердечники промышленных трансфор- маторов можно легко разобрать: снять старые провода и намотать новые обмотки несложно.

Иногда имеет смысл сначала установить на Ш-образный магнитопровод вторичную обмотку (низкого напряжения), а поверх нее - первичную (высокого напряжения). Характеристики СТ от этого не ухудшаются, но зато удается избежать многих проблем. Количество витков вторичной обмотки может быть весьма приблизительным, ориентированным на 40-60 В. Подбирать же, подстраивая СТ под нужную мощность, придется витки первичной обмотки. Так, рассчитав и уложив сначала обмотку низкого напряжения, ориентируясь при- мерно на 50 В, потом можно всегда снять или добавить определенное количество витков с верхней первичной обмотки уже готового СТ.

В отслуживших "свой век" агрегатах и оборудовании можно встретить довольно мощные и крупные трансформаторы. Для стационарных трансформаторов никогда не используются предельные возможности ни железа, ни обмоточных проводов - все делается с запасом. Провода часто имеют значительные сечения, так как рассчитаны на плотность тока в 3-4 раза меньше, чем допустимая для СТ. Очень часто большие трансфор- маторы имеют много вторичных обмоток, рассчитанных на разные напряжения и мощности. Первичная обмотка в трансформаторе всегда одна, и ее провод рассчитан на полную мощность. В этом случаи можно оставить первичную обмотку полностью или частично отмотать, а все вторичные снять, намотав на их место одну толстым проводом.

Если же непригодна и первичная обмотка, но сам магнитопровод подходит для изготовления СТ, то придется намотать все обмотки. В оборудовании чаще используются невысокие напряжения - 12; 27 В. Поэтому мощные, намотанные толстым проводом, трансформаторы могут иметь вы- ход 2х12 В, 27 В и другие, которые явно недостаточны для применения в качестве СТ. Если имеется два таких трансформатора, то их можно объединить, не переделывая, в один сварочный. Для этого первичные обмотки включают параллельно, а вторичные соединяют последовательно, и их напряжения суммируют. Может оказаться, что такой объединенный СТ будет обладать плохой, близкой к жесткой, характеристикой.

Для исправления характеристики необходимо включить в цепь вторичной обмотки, последовательно с дугой, балластное сопротивление - отрезок нихромовой или другой высокоомной проволоки. Обладая сопротивлением порядка сотых долей ома, она несколько уменьшит мощность СТ, зато позволит работать в ручном режиме. Регулировка тока сварочного трансформатора Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока. Существуют различные способы регулировки тока СТ. Легче всего еще при намотке обмоток сделать их с отводами и, переключая количество витков, изменять ток.

Однако использовать такой способ можно разве что для подстройки тока, нежели его регулировки в широких пределах. Ведь, чтобы уменьшить ток в 2-3 раза, придется слишком увеличивать количество витков первичной обмотки, что неизбежно приведет к падению напряжения во вторичной цепи. В промышленных аппаратах используют разные способы регулировки тока: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов; изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования и др.;  применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов; использова-ние тиристорных, симисторных и других электронных схем регулирования мощности.

Большинство промышленных схем регулирования мощности слишком сложны для полноценной реализации на самодельных СТ. Рассмотрим упрощенные, реально используемые в самодельном исполнении способы. В последнее время некоторое распространение получили тиристорные и симисторные схемы регулировки мощности. Обычно симистор включают в цепь первичной обмотки, тиристор можно использовать только на выходе. Регулирование мощности происходит способом периодического отключения на фиксированный промежуток времени первичной или вторичной обмотки СТ на каждом полупериоде тока; среднее значение тока при этом уменьшается.

Естественно, ток и напряжение после этого имеют не синусоидальную форму. Такие схемы позволяют регулировать мощность в широких пределах. Человек, разбирающийся в радиоэлектронике, может изготовить такую схему самостоятельно, хотя это весьма непросто. В разных журналах можно встретить множество очень простых схем с тем же принципом работы, состоящих всего из нескольких деталей. Предназначены они в основном для регулировки накала лам- почек и электронагревательных приборов.

В качестве регуляторов мощности для СТ эти схемы малопригодны. Большинство из них работают неустойчиво: их шкалы не линейны, а калибровка меняется с изменением напряжения сети, ток через тиристор постепенно увеличивается во время работы из-за нагрева элементов схемы, кроме того, обычно сильно гасится выходная мощность СТ даже при максимальном положении отпира- ния регулятора. Не удивляйтесь, если при подключении симисторной схемы к первичной обмотке СТ начинает "стучать" уже на х.х. Стук этот слышен в прямом смысле слова, причем у СТ, до того работавших на х.х. практически бесшумно. Это и не- удивительно, ведь при каждом отпирании симистора происходит мгновенное нарастание напряжения, вызывающего мощные кратковременные импульсы ЭДС самоиндукции и скачки потребляемого тока.

Промышленные аппараты, намотанные толстым проводом в надежной изоляции, переносят этот изъян питания без каких-либо последствий. Для "хилых" самодельных конструкций я бы не рекомендовал использовать симистор по первичной обмотке. Для самодельных конструкций лучше использовать симисторный или тиристорный регулятор в цепи вторичной обмотки. Это избавит СТ от лишних нагрузок. Для этого подойдет почти та же схема, но с более мощным прибором, хотя процесс горения дуги несколько ухудшается при использовании регуляторов данного типа. Ведь теперь при уменьшении мощности дуга начинает гореть от- дельными все более кратковременными вспышками.

Такой способ регулировки тока из-за сложности изготовления и низкой надежности не получил распространения для самодельных СТ. Самое широкое распространение получил очень простой и надежный способ регулировки тока с помощью включенного на выходе вторичной обмотки балластного сопротивления. Его сопротивление составляет порядка сотых, десятых долей ома, и его подбирают экспериментально. Для этих целей издавна применяют мощные проволочные сопротивления, использовавшиеся в подъемных кранах и троллейбусах, или отрезки спиралей ТЭНов (теплоэлектронагреватель), куски толстой высокоомной проволоки. Несколько уменьшить ток можно даже с помощью растянутой дверной пружины из стали. Балластное сопротивление можно включать стационарно или так, чтобы потом можно было относительно легко выбрать нужный ток. Большинство проволочных резисторов большой мощ- ности изготовлены в виде открытой спирали, установленной на керамический каркас длиной до полуметра, как прави- ло, в спираль смотана и проволока от ТЭНов.

Один конец такого сопротивления подключают к выходу СТ, а конец провода "массы" или держателя электро- дов оборудуют съемным зажимом, кото- рый легко перебросить по длине спира- ли сопротивления, выбирая нужный ток (рис.15). Промышленность выпускает для СТ специальные магазины сопротивлений с переключателями и мощные реостаты. К недостаткам такого способа регулировки надо отнести громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении. Но зато балластные сопротивления, хоть и обладая часто грубой и примитивной конструкцией, улучшают динамическую характеристику СТ, сдвигая ее в сторону крутопадающей.

Попадаются СТ, которые без балластного сопротивления работают крайне неудовлетворительно. В промышленных аппаратах регулировка тока с помощью включения активного сопротивления из-за их громоздкости и нагрева не нашла распространения. Зато очень широко применяют реактивное шунтирование - включение во вторичную цепь дросселя. Дроссели имеют разнообразные конструкции, часто объединенные с магнитопроводом СТ в одно целое, но сделаны так, что их индуктивность, а значит, реактивное сопротивление регулируется в основном перемещением частей магнитопровода. Заодно дроссель улучшает процесс горе- ния дуги. Из-за конструктивной сложности дроссели во вторичной цепи самодельных СТ не применяют.

Регулировка тока во вторичной цепи СТ связана с определенными проблемами. Так, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости. Кроме того, для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200 А. Другое дело - цепь первичной обмотки, где токи в пять раз меньше, переключатели для кото- рых являются ширпотребом. Последова- тельно с первичной обмоткой можно включать активные и реактивные сопротивления.

Только в этом случае сопротивления резисторов и индуктивности дросселей должны быть значительно большими, чем в цепи вторичной обмотки. Так, батарея из нескольких параллельно соединенных резисторов ПЭВ-50.100 суммарным сопротивлением 6-8 Ом способна понизить выходной ток 100 А вдвое. Можно собрать несколько батарей и установить переключатель. Если же нет в распоряжении мощного переключа- теля, то можно обойтись несколькими. Установив резисторы по схеме (рис.16), можно добиться комбинации 0; 4; 6; 10 Ом. Вместо резисторов, которые при ра- боте будут сильно нагреваться, можно ус- тановить реактивное сопротивление - дроссель. Дроссель можно намотать на каркасе от трансформатора 200-300 Вт, например от телевизора, сделав отводы через каждые 40-60 витков, подключенные к переключателю (рис.17).

 Погасить мощность можно, включив в качестве дросселя вторичную обмотку какого-нибудь трансформатора (200-300 Вт) с вторичной обмоткой, рассчитанной примерно на 40 В. Дроссель можно изготовить и на незамкнутом - прямом сердечнике. Это удобно, когда уже есть готовая катушка с 200-400 витками подходящего провода. Тогда внутрь нее надо набить пакет прямых пластин из трансформаторного железа. Необходимое реактивное сопротивление подбирается в зависимости от толщины пакета, ориентируясь по сварочному току СТ. Например: дроссель, изготовленный из катушки, содержащей предположи- тельно около 400 витков провода диаме- тром 1,4 мм, набит пакетом железа с об- щим сечением 4,5 см2, длиной, равной длине катушки, 14 см. Это позволило уменьшить ток СТ до 120 А, т.е. примерно в 2 раза. Дроссель такого типа можно сделать и с плавно регулируемым реактивным сопротивлением. Надо изготовить конструкцию для регулировки глубины ввода стержня сердечника в полость катушки (рис.18, где 1 - сердечник; 2 - фиксатор; 3 - катушка).

Катушка без сердечника обладает ничтожным сопротивлением, при полностью введенном стержне ее сопротивление максимально. Дроссель, намотанный подходящим проводом, мало греется, но у него сильно вибрирует сердечник. Это надо учитывать при стяжке и фиксации набора пластин железа. Надо отметить, что для трансформаторов с небольшими токами х.х. (0,1.0,2 А) вышеописанные сопротивления в цепи первичной обмотки практически не влияют на выходное напряжение х.х. СТ, и это не сказывается на процессе зажигания дуги. У СТ с током х.х. 1-2 А при внесении в первичную цепь балластного сопротивления выходное напряжение уменьшается уже ощутимо. По своему опыту могу сказать, что каких-либо выраженных отрицательных явлений на зажигание и горение дуги добавленные последова- тельно первичной обмотке активные и реактивные сопротивления не оказывают. Хотя качество дуги все же ухудшается, по сравнению с включением гасящего резистора в цепь вторичной обмотки. В СТ можно также комбинировать регуляторы или ограничители тока разных типов. Например, можно использовать переключение витков первичной обмотки в комбинации с подключением добавочного резистора или подругому.