Меню

Схемы электронной регулировки сварочного тока



Радиосхемы Схемы электрические принципиальные

Мы в социальных сетях

Главное меню

Реклама на сайте

Сварочный аппарат с электронной регулировкой тока

категория
сварка и сварочное оборудование своими руками
материалы в категории

Многие конструкции из металла собираются с применением электрической сварки. Я изготовил для этого несколько аппаратов, и один оказался наиболее удачным и удобным в эксплуатации. Предлагаю вашему вниманию сварочный трансформатор с электронным регулированием тока. Он не имеет подвижных частей, требующих высокого качества сборки и подверженных вибрации. Блок управления позволяет плавно регулировать сварочный ток поворотом ручки потенциометра. При этом во всем диапазоне изменения дуга горит стабильно. Думаю, данная конструкция должна заинтересовать читателей журнала.

Техническая характеристика сварочного трансформатора с электронным регулированием тока:
Напряжение питания, В 220
Пределы регулирования сварочного тока, А 45 — 140
Напряжение холостого хода силовой дуги, В 42
Напряжение холостого хода дежурной дуги, В 87
Ток подпитки, А 15

На рисунке 1 представлена электрическая схема сварочного аппарата. В нее включены: сварочный трансформатор Т3; силовой выпрямитель на тиристорах VS3, VS4; выпрямитель для питания дежурной дуги на диодах VD6 — VD9, сглаживающий дроссель L1; блок управления силовыми тиристорами на транзисторах VТ1 — VТ5.

Схема сварочного аппарата

Основная дуга питается от выпрямителя на тиристорах VS3, VS4; значение сварочного тока меняется путем изменения угла включения тиристоров.

Когда силовые тиристоры закрыты, ток сварочной дуги обеспечивается цепью подпитки на диодах VD6 — VD9 и дросселем L1.

Силовой выпрямитель имеет падающую внешнюю характеристику. Выпрямитель дежурной дуги имеет крутопадающую внешнюю характеристику, и за счёт дросселя L1 в цепи дуги поддерживается непрерывный ток, что обеспечивает устойчивое горение дуги и предотвращает осыпание обмазки электродов.

Схема управления состоит из источника питания на трансформаторе Т1, выпрямителя на диодах VD1, схемы синхронизации на транзисторах VT1 и VT5, фазосдвигающего устройства на транзисторах VТ3, VТ4, блока сравнения на транзисторе VТ2, схемы измерителя сварочного тока на трансформаторе тока Т4, цепи управления силовыми тиристорами на тиристорах VS1 и VS2.

Схема синхронизации на транзисторах VТ1, VТ5 предназначена для разряда емкости С3 фазосдвигающего устройства в начале каждого полупериода напряжения питания сети. В момент, когда напряжение сети равно 0, на базе транзистора VТ1 будет 0 (он закрыт), a VТ5 открыт и С3 разряжен; во всех остальных случаях VТ5 закрыт.

В начале каждого полупериода питающего напряжения конденсатор С3 заряжается через VТ2 и R8; в момент, когда напряжение на С3 будет равно напряжению на базе транзистора VТЗ, происходит его открывание, VТ4 и С3 разряжается на I обмотку импульсного трансформатора Т2. С обмотки II и III импульс тока открывает тиристор VS1 или VS2 (открывается тиристор, на аноде которого присутствует положительная полуволна напряжения). Ток управления с обмотки III или IV трансформатора Т1 через открытый тиристор VS1 или VS2 подается на силовой тиристор VS3 или VS4. Из этих тиристоров открывается тот, через управляющий электрод которого протекает управляющий ток. Последний ограничивается резисторами R14 или R15. Через открытый тиристор VS3 (VS4) протекает ток сварочной дуги, он измеряется трансформатором тока Т4 и через цепь обратной связи VD5, R17, С4, R18, R20, R7 подается на схему сравнения на транзисторе VT2. Напряжение с движка резистора R20 сравнивается с напряжением в точке «А» схемы сравнения. Транзистор VT2 меняет свое внутреннее сопротивление (он работает в активном режиме) в зависимости от разности напряжений в точке «А» и на движке резистора R20. Если ток через сварочную дугу вырос больше, чем задано блоком управления, внутреннее сопротивление VT2 возрастает, конденсатор С1 заряжается медленнее, угол включения силовых тиристоров увеличивается и, следовательно, ток через сварочную дугу уменьшается.

В случае уменьшения сварочного тока ниже, чем задано блоком управления, происходят обратные процессы: угол включения силовых тиристоров уменьшается и, следовательно, ток дуги увеличивается. Таким образом происходит регулирование сварочного тока.

Ток сварочной дуги задается с панели управления путём поворота движка резистора R20. В процессе горения дуги зазор между концом электрода и сварочным изделием меняется, следовательно, меняется и напряжение на дуге. В некоторых случаях (при большом зазоре) оно становится больше, чем напряжение холостого хода силового выпрямителя, и тогда дуга начинает питаться от выпрямителя дежурной дуги, а силовые тиристоры закрываются. В случае уменьшения длины сварочной дуги силовые тиристоры откроются снова, так как в течение всего полупериода через управляющий электрод тиристора протекает ток управления.

Трансформатор Т1 может быть любой мощности, но не менее 20 Вт, первичная обмотка I — на 220 вольт, обмотка II — на 24 вольта, диаметр провода не менее 0,13 мм, обмотка III и IV — на напряжение 12 вольт, диаметр провода не менее 0,25 мм.

Читайте также:  Как регулировать свет фар пассат б5

Трансформатор Т2 намотан на сердечнике К20х10х5 из феррита 2000НМ. Его обмотки I, II, III — по 50 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,2 мм.

Сердечник трансформатора Т3 — из электротехнической холоднокатаной стали марки 3404 толщиной 0,35 мм (размеры указаны на рис.2). Обмотка I — 162 витка: две секции по 81 витку медного провода сечением 8 мм 2 (2×4 мм). Каждая обмотка II и III — по 32 витка: состоит из двух секций по 16 витков медного провода сечением 15 мм 2 (3×5 мм). Обмотки I, II, III имеют изоляцию из стекловолокна, пропитанную теплостойким лаком. Обмотка IV, V — по 93 витка эмалированного провода диаметром 1,7 мм.

Конструкция сварочного трансформатора

1 — обмотка I (две секции по 81 витку медного провода сечением 8 мм 2 ); 2,3 — обмотки II и III (каждая — из двух секций по 16 витков медного провода сечением 15 мм 2 ); 4,7 — обмотки V и IV (по 93 витка эмалированного провода диаметром 1,7); 5 -сердечник (холоднокатаная сталь марки 3404, лист s0,35); 6 — магнитный шунт.

В качестве трансформатора тока Т4 взят сердечник от трансформатора тока ТК 200, 100/5. Он имеет две первичные

обмотки по одному витку сечением 15 мм 2 . В качестве провода можно применить сварочный кабель или другой многожильный провод в изоляции. Вторичная обмотка — 400 витков эмальпровода диаметром 0,5 мм. Она намотана на каркас от старой вторичной обмотки.

Отладка сварочного трансформатора осуществляется поблочно. Сначала он собирается и включается в сеть через предохранитель не менее 30 А. Затем проверяется напряжение на вторичных обмотках: на II и III — до 45 вольт, причём необходимо их включать согласно; на обмотках IV и V — до 90 вольт (включение также согласно). Последовательно с силовыми тиристорами включаются одновитковые обмотки трансформатора тока Т4 таким образом, чтобы он работал в режиме перемагничивания.

После сборки блока управления проверяют импульсы на выходе Т2 и работу схемы синхронизации. Для удобства проверки вместо транзистора VT2 параллельно R9 следует поставить переменное сопротивление 20 кОм и, изменяя его значение, проверить изменение угла включения аналога динистора. Затем собирается вся схема. В цепь сварочной дуги ставится амперметр с током полного отклонения 150 — 200 А. При сварке металла необходимо подстроить резистор R18 так, чтобы при повороте ручки переменного резистора R20 сварочный ток изменялся от 45 до 140 А.

Силовые тиристоры крепятся на стандартные радиаторы; диоды VD6 — VD9 установлены на четыре радиатора площадью 30 см 2 каждый.

Сварочный трансформатор успешно и безотказно эксплуатируется с 1993 года по сей день, электронное управление током сварки очень удобно при сварочных работах, особенно в разных пространственных положениях сварочного шва.

Н.ЗЫЗЛАЕВ, г.Самара
Моделист-конструктор 2005 №1

1. Д.Приймак. В помощь радиокружку — Радио. 1989. №5. с. 79.
2. М.И.Закс, Б.А.Каганский, А.А.Печенин. Трансформаторы для электродуговой сварки. Ленинград: Энергоатомиздат. 1988 г.
3. В.М.Рыбаков. Дуговая и газовая сварка. — Москва: «Высшая школа», 1986 г.

Сердечник дросселя L1 — из электротехнической стали; сечение магнитопровода (проходящего через обмотку) не менее 12 см 2 с немагнитным зазором 1 мм. Число витков эмальпровода диаметром 2,24 мм — 68.

Электронная схема некритична к радиоэлементам, за исключением VТЗ и VТ4 (пара этих транзисторов должна быть аналогом динистора). Резистор R20 должен иметь ручку для регулирования сварочного тока. Резистор R16 — ПЭВ 10. Резистор R15 (R14) собран из трех параллельно включенных одноваттных резисторов по 47 Ом каждый.

Источник

Регулировка сварочного тока

Величина балластного сопротивления для регулятора сварочного тока составляет порядка сотых-десятых долей Ома и подбирается, как правило, экспериментально. В качестве балластного сопротивления издавна применяются мощные проволочные сопротивления, использовавшиеся в подъемных кранах, троллейбусах, или отрезки спиралей ТЭНов (теплоэлектронагревателей), куски толстой высокоомной проволоки. Несколько уменьшить ток можно даже с помощью растянутой дверной пружины из стали. Балластное сопротивление может включаться либо стационарно.

Либо так, чтобы потом можно было относительно легко регулировать сварочный ток. Один конец такого сопротивления подключается к выходу трансформатора, а конец сварочного провода оборудуется съемным зажимом, который легко перебрасывается по длине спирали сопротивления, выбирая нужный ток.

Большинство проволочных резисторов большой мощности изготовлены в виде открытой спирали, установленной на керамический каркас длиной до полуметра, как правило, в спираль смотана и проволока от ТЭНов. Если резистор изготовлен из магнитных сплавов, то в случае его спиральной компоновки, а тем более с какими-либо стальными элементами конструкции внутри спирали, при прохождении больших токов спираль начинает сильно вибрировать. Ведь спираль — это тот же соленоид, а огромные сварочные токи порождают мощные магнитные поля. Уменьшить влияние вибраций можно, растянув спираль и зафиксировав ее на жесткой основе. Кроме спирали, проволоку можно сгибать также змейкой, что тоже уменьшает размеры готового резистора. Сечение токопроводящего материала резистора следует подбирать побольше, потому что при работе он сильно греется. Слишком тонкая проволока или лента будет раскаляться докрасна, хотя даже это, в принципе, не исключает эффективность использования ее в качестве регулятора тока для сварочного аппарата. О реальном значении сопротивления балластных проволочных резисторов судить трудно, так как в нагретом состоянии свойства материалов сильно меняются.

Читайте также:  Hitachi da300e регулировка карбюратора

В промышленных сварочных аппаратах способ регулировки тока с помощью включения активных сопротивлений, из-за их громоздкости и нагрева, не получил распространения. Зато очень широко применяется реактивное сопротивление — включение во вторичную цепь дросселя. Дроссели имеют разнообразные конструкции, часто объединенные с магнитопроводом трансформатора в одно целое, но сделаны так, что их индуктивность, а значит, реактивное сопротивление регулируется, в основном, перемещением частей магнитопровода. Заодно дроссель улучшает процесс горения дуги.

Регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами. Через регулирующие устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости. Другое неудобство — переключение. Для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200А. Другое дело — цепь первичной обмотки, где токи примерно в пять раз меньше, переключатели для которых являются ширпотребом. Последовательно с первичной обмоткой, так же, как и в предыдущем случае, можно включать балластные сопротивления. Только в этом случаи сопротивление резисторов должно быть на порядок большим, чем в цепи вторичной обмотки. Так, батарея из нескольких параллельно соединенных резисторов ПЭВ-50. 100 суммарным сопротивлением 6-8 Ом способна понизить выходной ток вдвое, а то и втрое, в зависимости от конструкции трансформатора. Можно собрать несколько батарей и установить переключатель. Если же в распоряжении нет мощного переключателя, то можно обойтись несколькими выключателями. Установив резисторы по схеме изображенной ниже, можно, например, сделать регулятор сварочного тока с комбинацией: 0; 4; 6; 10 Ом.

Правда, при включении балластного сопротивления в первичной цепи, теряется выгода, которую придает сопротивление во вторичной, — улучшение падающей характеристики трансформатора. Но зато и к каким-либо отрицательным последствиям в горении дуги включенные по высокому напряжению резисторы не приводят: если трансформатор хорошо варил без них, то с добавочным сопротивлением в первичной обмотке он варить будет.

В режиме холостого хода трансформатор потребляет небольшой ток, а значит, его обмотка обладает значительным сопротивлением. Поэтому дополнительные несколько Ом практически никак не сказываются на выходном напряжении холостого хода.

Вместо резисторов, которые при работе будут сильно греться, в цепь первичной обмотки можно установить реактивное сопротивление — дроссель.

Эту меру следует рассматривать скорее как выход из положения, если никаких других средств понижения мощности не имеется. Включение реактивного сопротивления в цепь высокого напряжения может сильно понижать выходное напряжение холостого хода трансформатора. Падение выходного напряжения наблюдается у трансформаторов с относительно большим током холостого хода — 2-3А. При незначительном потреблении тока — порядка 0,1А — падение выходного напряжения почти незаметно. Кроме того, включенный в первичной обмотке трансформатора, дроссель может приводить к некоторому ухудшению сварочных характеристик трансформатора, хотя и не настолько, чтобы его нельзя было эксплуатировать. В последнем случае все еще сильно зависит от свойств конкретного трансформатора. Для некоторых сварочных аппаратов, включение дросселя в первичную цепь трансформатора никак не сказывается, по крайней мере согласно субъективным ощущениям, на качестве горения дуги.

В качестве дросселя сварочного аппарата, для регулировки тока, можно использовать готовую вторичную обмотку какого-нибудь трансформатора, рассчитанного да выход около 40В и мощностью 200-300 Вт, тогда ничего переделывать не придется. Хотя все же лучше сделать самодельный дроссель, намотав провод на отдельном каркасе от такого же трансформатора — 200-300 Вт, например от телевизора, сделав отводы через каждые 30-60 витков, подключенные к переключателю.

Самодельный дроссель можно изготовить и на незамкнутом — прямом сердечнике. Это удобно, когда уже есть готовая катушка с несколькими сотнями витков подходящего провода. Тогда внутрь нее надо набить пакет прямых пластин из трансформаторного железа. Необходимое реактивное сопротивление выставляется подбором толщины пакета, ориентируясь по сварочному току трансформатора. Для примера: дроссель, изготовленный из катушки, содержащей предположительно около 400 витков провода диаметром 1,4 мм, был набит пакетом железа с общим сечением 4,5 см 2 , длиной, равной длине катушки, 14 см. Это позволило уменьшить сварочный ток трансформатора 120А примерно в два раза. Дроссель такого типа можно сделать и с регулируемым реактивным сопротивлением. Для этого можно менять глубину ввода стержня сердечника в полость катушки. Катушка без сердечника обладает низким 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.

Читайте также:  Виды стендов для регулировки форсунок

Для самодельных сварочных аппаратов 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 для 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. Либо же придется наращивать витки всех катушек, что приведет к чрезмерному расходу провода, увеличению габаритов и массы трансформатора.

Для более тонкой регулировки сварочного тока в меньшую сторону, можно использовать индуктивность сварочного кабеля, укладывая его кольцами. Но не стоит перебарщивать, т.к. кабель будет нагреваться.

В последнее время некоторое распространение получили тиристорные и симисторные схемы регулировки тока сварки. При подаче на управляющий вывод тиристора или симистора напряжения определенной величины регулятор открывается и начинает свободно пропускать через себя ток. В схемах регулирования тока, работающих от переменного напряжения, управляющие импульсы обычно поступают на каждом полупериоде. Регулятор открывается в строго определенные (задаваемые) моменты времени, обрезая таким образом начало каждого полупериода синусоиды тока, что уменьшает суммарную мощность проходящего электрического сигнала.

Естественно, ток и напряжение после этого не имеют синусоидальную форму. Такие схемы позволяют регулировать мощность в широких пределах. Человек, разбирающийся в радиоэлектронике, сможет изготовить подобную схему самостоятельно, хотя, надо сказать, устройства такого рода нельзя признать совершенными. При использовании регуляторов данного типа процесс горения дуги несколько ухудшается. Ведь теперь при уменьшении мощности дуга начинает гореть отдельными, все более кратковременными вспышками. У большинства из схем тиристорных регуляторов 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 заметно гасится выходная мощность даже при максимальном положении отпирания регулятора, к чему сварочные трансформаторы очень чувствительны. Такой способ регулировки тока сварки, из-за сложности изготовления и невысокой надежности, не получил большого распространения среди самодельных регуляторов сварочного тока.

Измерение сварочного тока

Специфика измерения этим прибором состоит в том, что для измерения не требуется подключаться в электрическую цепь. Сила тока измеряется на расстоянии от провода без прикосновения к нему. У прибора есть специальный разводящийся контур, отчего и название — «клещи», которым охватывается провод с током. Электромагнитное поле тока протекающего в охваченном проводе наводит ток в замкнутом контуре, который и измеряется. На корпусе «клещей» находится переключатель пределов измерения тока, максимальные значения которого обычно достигают — от 100А до 500А для разных моделей приборов. Токоизмерительными клещами можно оперативно воспользоваться практически в любой ситуации, не оказывая никакого влияния на электрическую цепь. Измерять ими можно лишь переменный ток, который создает переменное электромагнитное поле, для постоянного тока этот инструмент бесполезен. Класс точности в данном случае весьма невысок, поэтому можно судить, скорее, только о приблизительных значениях.

Другой способ измерять ток сварки: вмонтировать в электрическую цепь изготавливаемого сварочного аппарата или дорабатываемого промышленного аппарат амперметр, рассчитанный на большие значения тока, а то и просто включать его на время в разрыв цепи сварочных проводов.

Включение амперметра в сварочную цепь также отмечается некоторой спецификой. Дело в том, что последовательно в цепь включается не сам прибор (стрелочный указатель), а его шунт (резистор), стрелочный же индикатор подключается к шунту параллельно.

Шунт обладает собственным сопротивлением: предположительно сотые доли Ома (так как измерить его обычным омметром не удается). На вид это кусок металла в несколько сантиметров в длину прямоугольного сечения с мощными контактными площадками с обеих сторон. От точности сопротивления шунта зависит и точность показания прибора. Для каждой модели амперметра предусмотрен шунт определенного сопротивления, и они должны продаваться вместе.

И уж чего ни в коем случае не нужно делать, так это пробовать включить стрелочный прибор в цепь вообще без шунта. Если у вас где-то завалялся стрелочный прибор, на шкале которого значатся сотни ампер, то это вовсе не значит, что он сам их измеряет. Проверьте его: и сам по себе прибор окажется всего-то микро- или миллиамперметром. Иногда попадаются стрелочные приборы, у которых шунт вмонтирован внутри корпуса и к нему дополнительно ничего больше подключать не нужно. Как правило, такие отличаются огромными размерами и невысоким классом точности.

Немалое значение имеет способность стрелочного указателя измерительного прибора устанавливаться на текущее значение, преодолевая колебательные переходные процессы при изменении тока, иначе стрелка будет судорожно плясать по шкале уже при незначительных изменениях тока, которые неизбежны при горении сварочной дуги.

Источник