При использовании постоянного тока в технике необходимо плавно и в широких пределах регулировать силу тока в цепи потребителя. Принципиально возможное реостатное регулирование крайне неэкономично из-за больших потерь энергии в реостатах. Поэтому несколько десятилетий в технике широко использовались более экономичные ионные приборы - ртутные вентили, тиратроны, игнитроны и др., - приборы с управляющими сетками.

В настоящее время для этих целей широкое применение получают нелинейные элементы (управляемые полупроводниковые вентили) - тиристоры. Они компактны, экономичны и имеют хорошие эксплуатационные показатели. Тиристорные выпрямители и преобразователи весьма интенсивно внедряются в электрооборудование самых различных отраслей промышленности и особенно в систему всех видов электрифицированного транспорта (железные дороги, метро, троллейбус, трамвай). С помощью тиристоров можно не только выпрямлять переменный ток и регулировать среднее его значение, но и регулировать силу тока и напряжение в цепях переменного тока.

На рисунке 4-19 показаны схема и принцип регулирования среднего (за полпериода) значения выпрямленного напряжения с помощью управляемого тиристора в зависимости от моментов подачи управляющих импульсов. Импульсы напряжения на нагрузке имеют разную длительность. Так, если управляющие импульсы подаются в начале каждого полупериода, то напряжение на нагрузке такое же, как и в обычной двухполупериодной схеме. Если же импульсы подавать в середине каждого полупериода, то импульсы выпрямленного напряжения будут иметь длительность, равную четверти периода, и т. д.

На рисунке 4-20 показано аналогичное предыдущему регулирование напряжения, но в цепи переменного тока. Здесь в каждую

половину периода ток проходит через одну пару диодов (без выпрямления) и через тиристор Т. Воздействием на тиристор специальных управляющих импульсов можно превратить синусоидальное напряжение (и ток) в последовательность импульсов любой длительности, амплитуды и полярности, т. е. можно регулировать действующее значение напряжения (и тока) в широких пределах.

Наконец, на рисунке 4-21 приведена схема выпрямления и регулирования тока трехфазным выпрямителем на тиристорах. Здесь ЛУ - автоматическое устройство, подающее импульсы в моменты периода, соответствующие регулированию, а тиристоры выпрямляют переменный ток и одновременно регулируют его среднее значение.

Многие современные приборы имеют возможность регулировать свои параметры, в том числе значения тока и напряжения. За счет этого можно настроить любое устройство в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Для этих целей существует регулятор тока, выпускаемый в различных конфигурациях и конструкциях. Процесс регулировки может происходить как с постоянным, так и с переменным током.

Основными рабочими элементами регуляторов служат тиристоры, а также различные типы конденсаторов и резисторов. В высоковольтных устройствах дополнительно используются магнитные усилители. Модуляторы обеспечивают плавность регулировок, а специальные фильтры способствуют сглаживанию помех в цепи. В результате, электрический ток на выходе приобретает более высокую стабильность, чем на входе.

Регулятор тока и напряжения

Регуляторы постоянного и переменного тока имеют свои особенности и отличаются основными параметрами и характеристиками. Например, регулятор напряжения постоянного тока имеет более высокую проводимость, при минимальных потерях тепла. Основой прибора является тиристор диодного типа, обеспечивающий высокую подачу импульса за счет ускоренного преобразования напряжения. Резисторы, используемые в цепи, должны выдерживать значение сопротивления до 8 Ом. За счет этого снижаются тепловые потери, предохраняя модулятор от быстрого перегрева.

Регулятор постоянного тока может нормально функционировать при максимальной температуре 40 0 С. Этот фактор следует обязательно учитывать в процессе эксплуатации. Полевые транзисторы располагаются следом за тиристорами, поскольку они пропускают ток лишь в одном направлении. За счет этого отрицательное сопротивление будет сохраняться на уровне, не превышающем 8 Ом.

Основным отличием регулятора тока является использование в его конструкции тиристоров исключительно триодного типа. Однако полевые транзисторы применяются такие же, как и в регуляторах постоянного тока. Конденсаторы, установленные в цепь, выполняют лишь стабилизирующие функции. Фильтры высокой частоты встречаются очень редко. Все проблемы, связанные с высокими температурами, решаются установкой импульсных преобразователей, расположенных следом за модуляторами. В регуляторах переменного тока, мощность которых не превышает 5 В, применяются фильтры с низкой частотой. Управление по катоду в таких приборах выполняется путем подавления входного напряжения.

Во время регулировок в сети должна быть обеспечена плавная . При высоких нагрузках схема дополняется стабилитронами обратного направления. Для их соединения между собой используются транзисторы и дроссель. Таким образом, регулятор тока на транзисторе выполняет преобразование тока быстро и без потерь.

Следует отдельно остановиться на регуляторах тока, предназначенных для активных нагрузок. В схемах этих устройств используются тиристоры триодного типа, способные пропускать сигналы в обоих направлениях. Ток анода в цепи снижается в тот период, когда понижается и предельная частота данного устройства. Частота может колебаться в пределах, установленных для каждого прибора. От этого будет зависеть и максимальное выходное напряжение. Для обеспечения такого режима используются резисторы полевого типа и обычные конденсаторы, способные выдерживать сопротивление до 9 Ом.

Очень часто в таких регуляторах применяются импульсные стабилитроны, способные преодолевать высокую амплитуду электромагнитных колебаний. Иначе, в результате быстрого роста температуры транзисторов, они сразу же придут в нерабочее состояние.

Схема регулятора напряжения и тока

Прежде чем рассматривать схему регулятора напряжения, необходимо хотя-бы в общих чертах ознакомиться с принципом его работы. В качестве примера можно взять напряжения, широко распространенный во многих схемах.

Основной деталью таких устройств, как регулятор сварочного тока является тиристор, который считается одним из мощных полупроводниковых устройств. Лучше всего он подходит для преобразователей энергии с высокой мощностью. Управление этим прибором имеет свою специфику: он открывается импульсом тока, а закрывается при падении тока почти до нулевой отметки, то есть ниже тока удержания. В связи с этим, тиристоры преимущественно используются для работы с переменным током.

Регулировать переменное напряжение с помощью тиристоров можно разными способами. Один из них основан на пропуске или запрете целых периодов или полупериодов на выход регулятора. В другом случае тиристор включается не в начале полупериода напряжения, а с небольшой задержкой. В это время напряжение на выходе будет нулевым, соответственно мощность не будет передаваться на выход. Во второй части полупериода тиристором уже будет проводиться ток и на выходе регулятора появится напряжение.

Время задержки известно еще и как угол открытия тиристора. Если он имеет нулевое значение, все входное напряжение будет попадать на выход, а падение напряжения на открытом тиристоре будет потеряно. Когда угол начинает увеличиваться, под действием тиристорного регулятора выходное напряжение будет снижаться. Следовательно, если угол, равен 90 электрическим градусам, на выходе будет лишь половина входного напряжения, если же угол составляет 180 градусов - выходное напряжение будет нулевым.

Принципы фазового регулирования позволяют создать не только регулятор тока и напряжения для зарядного устройства, но и схемы стабилизации, регулирования, а также плавного пуска. В последнем случае напряжение повышается постепенно, от нулевой отметки до максимального значения.

На основе физических свойств тиристоров была создана классическая схема регулятора тока. В случае применения охладителей для диодов и тиристора, полученный регулятор сможет отдавать в нагрузку до 10 А. Таким образом, при напряжении 220 вольт появляется возможность регулировки напряжения на нагрузке, мощностью 2,2 кВт.

Подобные устройства состоят всего из двух силовых компонентов - тиристора и диодного моста, рассчитанных на ток 10 А и напряжение 400 В. Диодный мост осуществляет превращение переменного напряжения в однополярное пульсирующее напряжение. Фазовая регулировка полупериодов выполняется с помощью тиристора.

Для , ограничивающего напряжение, используется два резистора и стабилитрон. Это напряжение подается на систему управления и составляет 15 вольт. Резисторы включаются последовательно, увеличивая тем самым пробивное напряжение и рассеиваемую мощность. На основании самых простых деталей можно легко изготовить самодельные регуляторы тока, схема которых будет довольно простой. В качестве конкретного примера стоит подробнее рассмотреть тиристорный регулятор сварочного тока.

Схема тиристорного регулятора сварочного тока

Принципы дуговой сварки известны всем, кто сталкивался со сварочными работами. Для получения сварочного соединения, требуется создать электрическую дугу. Она возникает в том момент, когда напряжение подается между сварочным электродом и свариваемым материалом. Под действием тока дуги металл расплавляется, образуя между торцами своеобразную расплавленную ванну. Когда шов остывает, обе металлические детали оказываются крепко соединенными между собой.

В нашей стране частота переменного тока составляет 50 Гц, фазное напряжение питания - 220 В. В каждом сварочном трансформаторе имеется две обмотки - первичная и вторичная. Напряжение вторичной обмотки трансформатора или вторичное напряжение составляет 70 В.

Сварка может проводиться в ручном или автоматическом режиме. В домашних условиях, когда создан регулятор тока и напряжения своими руками, сварочные работы выполняются ручным способом. Автоматическая сварка используется в промышленном производстве при больших объемах работ.

Ручная сварка имеет ряд параметров, подлежащих изменениям и регулировкам. Прежде всего, это касается силы сварочного тока и напряжения дуги. Кроме того, может изменяться скорость электрода, его марка и диаметр, а также количество проходов, требующихся на один шов. В связи с этим, большое значение имеет правильный выбор параметров и поддержание их оптимальных значений в течение всего сварочного процесса. Только таким образом можно обеспечить качественное сварное соединение.

Изменение силы тока при сварке может выполняться различными способами. Наиболее простой из них заключается в установке пассивных элементов во вторичной цепи. В этом случае используется последовательное включение в сварочную цепь резистора или дросселя. В результате, сила тока и напряжение дуги изменяется за счет сопротивления и вызванного им падения напряжения. Дополнительные резисторы позволяют смягчить вольтамперные характеристики источника питания. Они изготавливаются из нихромовой проволоки диаметром 5-10 мм. Данный способ чаще всего используется, когда требуется изготовить регулятор тока. Однако такая конструкция обладает небольшим диапазоном регулировок и сложностями перестройки параметров.

Следующий способ регулировок связан с переключением количества витков трансформаторных обмоток. За счет этого происходит изменение коэффициента трансформации. Данные регуляторы просты в изготовлении и эксплуатации, достаточно всего лишь сделать отводы при намотке витков. Для коммутации применяется переключатель, способный выдерживать большие значения тока и напряжения.

Нередко регулировки осуществляются путем изменения магнитного потока трансформатора. Этот способ также применяется, когда необходимо сделать регулятор тока своими руками. В этом случае для регулировки используется подвижность обмоток, изменение зазора или ввод магнитного шунта.

Предлагается конструкция удобного и надёжного регулятора постоянного тока. Диапазон изменения им напряжения — от 0 до 0,86 U2, что позволяет использовать этот ценный прибор для различных целей. Например, для зарядки аккумуляторных батарей большой ёмкости, питания электронагревательных элементов, а главное — для проведения сварочных работ как обычным электродом, так и из нержавеющей стали, при плавной регулировке тока.

Принципиальная электрическая схема регулятора постоянного тока.

График, поясняющий работу силового блока, выполненного по однофазной мостовой несимметричной схеме (U2 — напряжение, поступающее со вторичной обмотки сварочного трансформатора, alpha — фаза открывания тиристора, t — время).

Регулятор может подключаться к любому сварочному трансформатору с напряжением вторичной обмотки U2=50. 90В. Предлагаемая конструкция очень компактна. Общие габариты не превышают размеры обычного нерегулируемого выпрямителя типа «мостик9raquo; для сварки постоянным током.

Схема регулятора состоит из двух блоков: управления А и силового В. Причём первый представляет собой не что иное, как фазоимпульсный генератор. Выполнен он на базе аналога однопереходного транзистора, собранного из двух полупроводниковых приборов n-p-n и p-n-p типов. С помощью переменного резистора R2 регулируется постоянный ток конструкции.

В зависимости от положения движка R2 конденсатор С1 заряжается здесь до 6,9 В с различной скоростью. При превышении же этого напряжения транзисторы резко открываются. И С1 начинает разряжаться через них и обмотку импульсного трансформатора Т1.

Тиристор, к аноду которого подходит положительная полуволна (импульс передаётся через вторичные обмотки), при этом открывается.

В качестве импульсного можно использовать промышленные трёхобмоточные ТИ-3, ТИ-4, ТИ-5 с коэффициентом трансформации 1:1:1. И не только эти типы. Хорошие, например, результаты дает использование двух двухобмоточных трансформаторов ТИ-1 при последовательном соединении первичных обмоток.

Причём все названные типы ТИ позволяют изолировать генератор импульсов от управляющих электродов тиристоров.

Только есть одно «но9raquo;. Мощность импульсов во вторичных обмотках ТИ недостаточна для включения соответствующих тиристоров во втором (см. схему), силовом блоке В. Выход из этой «конфликтной9raquo; ситуации был найден элементарный. Для включения мощных использованы маломощные тиристоры с высокой чувствительностью по управляющему электроду.

Силовой блок В выполнен по однофазной мостовой несимметричной схеме. То есть тиристоры трудятся здесь в одной фазе. А плечи на VD6 и VD7 при сварке работают как буферный диод.

Монтаж? Его можно выполнить и навесным, базируясь непосредственно на импульсном трансформаторе и других относительно «крупногабаритных9raquo; элементах схемы. Тем более что соединяемых в данную конструкцию радиодеталей, как говорится, минимум-миниморум.

Прибор начинает работать сразу, без каких-либо наладок. Соберите себе такой — не пожалеете.

А.ЧЕРНОВ, г. Саратов. Моделист-конструктор 1994 №9.

Рубрика: «Электронные самоделки»

Простой электронный регулятор сварочного тока, схема

Часто приходится варить метал разной толщины и использовать электроды разного диаметра, а чтобы сварка была качественная, необходимо сварочный ток подстраивать, чтобы шов ложился ровно и метал не разбрызгивался. Но, регулировать ток вторичной обмотки сварочного трансформатора довольно проблематично, т.к. он может достигать до 180-250А.

Как вариант, для регулировки сварочного тока используют нихромовые спирали, включая последовательно их в цепь первичной или вторичной обмотки сварочного трансформатора, или дросели. Регулировать ток таким образом неудобно, да и сам регулятор громоздкий получается. Но есть и другой выход — сделать электронный регулятор сварочного тока, который бы регулировал ток в первичной обмотке сварочного аппарата.

Регулятор сварочного тока для самодельного сварочного аппарата еще очень полезен в тех случаях, когда приходится сваривать металл в местах где слабая электросеть, в селах например. Как правило там ограничивают потребление тока на каждый дом, ставя входной автомат на 16 А, т.е. нельзя включть нагрузку более 3,5 КВт. А хороший сварочный аппарат, варящий электродами диаметром 4-5 мм, потребляет 6-7, а то и 8 КВт.

Поэтому, уменьшили сварочный ток и одновременно уменьшили ток потребления сваточного аппарата, таким образом вложились в те 3,5 КВт и «троечкой» сварили то что вам надо.

Вот простая схема такого регулятора на 2 тиристорах и имеет она минимум недефицитных деталей. Можно сделать и на 1 симисторе, но, как показала практика, на тиристорах более надежно.

Работает регулятор сварочного тока следующим образом: в цепь первичной обмотки последовательно включается регулятор, который состоит из двух управляемых тиристоров VS1 и VS2(Т122-25-3, или Е122-25-3), на каждую полуволну. Момент открывания тиристоров определяется RC цепочкой (R7, C1, C2). Изменяя сопротивление R7, мы меняем момент открывания тиристоров и тем самым изменяем ток в первичной обмотке трансформатора, а следовательно меняется и ток во вторичной обмотке.

Транзисторы можно использовать старого образца — П416, ГТ308, их лекко можно найти в старых приемниках или телевизорах, а конденсаторы используются типа МБТ или МБМ на рабочее напряжение не менее 400 В.

Транзисторы VT1, VT2 и резисторы R5, R6, соединенные как показано на схеме, представляют собой аналог динисторов и в таком варианте они работают лучше чем динисторы, но при большом желании вместо VT1,R5 и VT2,R6 можно поставить обычные динисторы — типа КН102А.

При сборке и настройке регулятора сварочного тока не забывайте, что управление происходит под напряжением 220В. Поэтому, чтобы не допустить поражение электрическим током все радиоэлементы, а также теплоотводы тиристоров, должны быть изолированы от корпуса!

На практике, выше указанный электронный регулятор сварочного тока, отлично себя зарекомендовал.
За основу взят материал с журнала Радiоаматор.- 2000.-№5 «Сварочный трансформатор своими руками».

Недавно беседовал со своим преподавателем в университете, и на свою беду раскрыл свои радиолюбительские таланты. В общем кончился разговор тем, что взялся я собрать человеку тиристорный выпрямитель с плавным регулятором тока, для его сварочного «бублика9. Зачем это нужно? Дело в том, что переменным напряжением нельзя варить со специальными электродами, рассчитанными на постоянку, а учитывая что сварочные электроды бывают разной толщины (чаще всего от 2 до 6 мм), то и значение тока должно быть пропорционально изменено.

Выбирая схему сварочного регулятора, последовал совету -igRomana- и остановился на довольно простом регуляторе, где изменение тока производится подачей на управляющие электроды импульсов, формируемых аналогом мощного динистора, собранного на тиристоре КУ201 и стабилитроне КС156. Смотрим схему ниже:

Несмотря на то, что потребовалась дополнительная обмотка с напряжением 30 В, решил сделать проще, и чтоб не трогать сам сварочный трансформатор поставил небольшой дополнительный на 40 ватт. Тем самым приставка-регулятор стала полностью автономной — можно её подключать к любому сварочному трансформатору. Остальные детали регулятора тока собрал на небольшой плате из фольгированного текстолита, размерами с пачку сигарет.

В качестве основания выбрал кусок винипласта, куда прикрутил сами тиристоры ТС160 с радиаторами. Так как мощных диодов под рукой не оказалось, пришлось два тиристора заставить выполнять их функцию.

Она так-же крепится на общее основание. Для ввода сети 220 В использованы клеммы, входное напряжение со сварочного трансформатора подаётся на тиристоры через винты М12. Снимаем постоянный сварочный ток с таких-же винтов.

Сварочный аппарат собран, пришло время испытаний. Подаём на регулятор переменку с тора и меряем напряжение на выходе — оно почти не меняется. И не должно, так как для точного контроля вольтажа нужна хотя-бы небольшая нагрузка. Ей может быть простая лампа накаливания на 127 (или 220 В). Вот теперь и без всяких тестеров видно изменение яркости накала лампы, в зависимости от положения движка резистора-регулятора.

Вот и понятно, зачем по схеме указан второй подстроечный резистор — он ограничивает максимальное значение тока, что подаётся на формирователь импульсов. Без него выходной уже от половины движка достигает предельно возможного значения, что делает регулировку недостаточно плавной.

Для правильной настройки диапазона изменения тока, надо основной регулятор вывести на максимум тока (минимум сопротивления), а подстроечным (100 Ом) постепенно снижать сопротивление, пока дальнейшее его уменьшение не приведёт к увеличению сварочного тока. Зафиксировать этот момент.

Теперь сами испытания, так сказать по железу. Как и было задумано, ток нормально регулируется от нуля до максимума, однако на выходе не постоянка, а скорее импульсный постоянный ток. Короче электрод постоянного тока как не варил, так и не варит как следует.

Придётся добавлять блок конденсаторов. Для этого нашлось 5 штук отличных электролитов на 2200 мкФ 100 В. Соединив их с помощью двух медных полосок параллельно, получил вот такую батарею.

Проводим опять испытания — электрод постоянного тока вроде начал варить, но обнаружился нехороший дефект: в момент касания электрода, происходит микровзрыв и прилипание — это разряжаются конденсаторы. Очевидно без дросселя не обойтись.

И тут удача не оставила нас с преподавателем — в каптёрке нашёлся просто отличный дроссель ДР-1С, намотанный медной шиной 2х4 мм по Ш-железу и имеющий вес 16 кг.

Совсем другое дело! Теперь залипания почти нет и электрод постоянного тока варит плавно и качественно. А в момент контакта идёт не микровзрыв, а типа лёгкое шипение. Короче все довольны — учитель отличным сварочным аппаратом, а я избавлением от забивания головы архимутным предметом, не имеющим никакого отношения к электронике:)

Как сделать простой регулятор тока для сварочного трансформатора

Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока. В промышленных аппаратах используют разные способы регулировки тока: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов, изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования, применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов. К недостаткам такой регулировки надо отнести сложность конструкции, громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении.

Наиболее оптимальный вариант — еще при намотке вторичной обмотки сделать ее с отводами и, переключая количество витков, изменять ток. Однако использовать такой способ можно для подстройки тока, но не для его регулировки в широких пределах. Кроме того, регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами.

Так, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости, а 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.

После долгих поисков путем проб и ошибок был найден оптимальный вариант решения проблемы — широко известный тиристорный регулятор, схема которого изображена на рис.1.

При предельной простоте и доступности элементной базы он прост в управлении, не требует настроек и хорошо зарекомендовал себя в работе — работает не иначе, как «часы».

Регулирование мощности происходит при периодическом отключении на фиксированный промежуток времени первичной обмотки сварочного трансформатора на каждом полупериоде тока. Среднее значение тока при этом уменьшается.

Основные элементы регулятора (тиристоры) включены встречно и параллельно друг другу. Они поочередно открываются импульсами тока, формируемыми транзисторами VT1, VT2. При включении регулятора в сеть оба тиристора закрыты, конденсаторы С1 и С2 начинают заряжаться через переменный резистор R7. Как только напряжение на одном из конденсаторов достигает напряжения лавинного пробоя транзистора, последний открывается, и через него течет ток разряда соединенного с ним конденсатора.

Вслед за транзистором открывается и соответствующий тиристор, который подключает нагрузку к сети. После начала следующего, противоположного по знаку полупериода переменного тока тиристор закрывается, и начинается новый цикл зарядки конденсаторов, но уже в обратной полярности. Теперь открывается второй транзистор, и второй тиристор снова подключает нагрузку к сети.

Изменением сопротивления переменного резистора R7 можно регулировать момент включения тиристоров от начала до конца полупериода, что в свою очередь приводит к изменению общего тока в первичной обмотке сварочного трансформатора Т1. Для увеличения или уменьшения диапазона регулировки можно изменить сопротивление переменного резистора R7 в большую или меньшую сторону соответственно.

Транзисторы VT1, VT2, работающие в лавинном режиме, и резисторы R5, R6, включенные в их базовые цепи, можно заменить динисторами. Аноды динисторов следует соединить с крайними выводами резистора R7, а катоды подключить к резисторам R3 и R4. Если регулятор собрать на динисторах, то лучше использовать приборы типа КН102А.

Переменный резистор типа СП-2, остальные типа МЛТ. Конденсаторы типа МБМ или МБТ на рабочее напряжение не менее 400 В.

Правильно собранный регулятор не требует налаживания. Необходимо лишь убедиться в стабильной работе транзисторов в лавинном режиме (или в стабильном включении динисторов).

Внимание! Устройство имеет гальваническую связь с сетью. Все элементы, включая теплоотводы тиристоров, должны быть изолированы от корпуса.

j&;лектрик Ин &2;о — элек &0;ротехника и элек &0;роника, дома &6;няя ав &0;оматизация, l&;татьи про &1;стройство и ремон &0; дома &6;ней элек &0;ропроводки, роk&;етки и в &9;ключатели, провода и кабели, иl&;точники l&;вета, ин &0;ересные &2;акты и многое др &1;гое для элек &0;риков и дома &6;них маl&;теров.

Ин &2;ормация и об &1;чающие ма &0;ериалы для на &5;инающих элек &0;риков.

Кейl&;ы, пример &9; и &0;ехнические ре &6;ения, обk&;оры ин &0;ересных элек &0;ротехнических новинок.

Вl&;я ин &2;ормация на l&;айте j&;лектрик Ин &2;о предоl&;тавлена в оk&;накомительных и поk&;навательных &4;елях. За применение э &0;ой ин &2;ормации админиl&;трация l&;айта о &0;ветственности не неl&;ет. Сай &0; може &0; l&;одержать ма &0;ериалы 12+

Перепе &5;атка ма &0;ериалов l&;айта k&;апрещена.

Сборка самодельных сварочных аппаратов постоянного тока

• 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.

Источником питания повышенной мощности выступает схема из таких составляющих:

• выпрямитель;
• инверторы;
• трансформатор тока и напряжения;
• регуляторы тока и напряжения, улучшающие качественные характеристики электродуги (тиристоров, симисторов);
• устройства вспомогательные.

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.

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.

• с помощью узкоспециализированных регуляторов;
• путем переключения некоторого числа витков катушек.

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.

Сварочный трансформатор на бaзe широко распространённого ЛАТР2 (а).

• размеры магнитопровода;
• обмотки – число витков;
• уровень напряжений на входе-выходе;
• I п – ток потребляемый;
• I max – ток максимальный выходной.

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.

Сегодня, как в промышленности, так и в гражданской сфере, есть немало установок, электроприводов, технологий, где для питания требуется не переменное, а постоянное напряжение. К таким установкам относятся различные промышленные станки, строительное оборудование, двигатели электротранспорта (метро, троллейбус, погрузчик, электрокар), и другие установки постоянного тока разного рода.

Напряжение питания для некоторых из этих устройств должно быть изменяемым, чтобы например изменяющийся ток питания электродвигателя приводил бы к соответствующему изменению скорости вращения его ротора.

Один из первых способов регулировки постоянного напряжения — регулирование при помощи реостата. Затем можно вспомнить схему двигатель — генератор — двигатель, где опять же регулированием тока в обмотке возбуждения генератора достигалось изменение рабочих параметров конечного двигателя.

Но эти системы не экономичны, они считаются устаревшими, и гораздо более современными являются схемы регулирования . Тиристорное регулирование более экономично, более гибко, и не приводит к увеличению массо-габаритных параметров установки целиком. Однако, обо всем по порядку.

Реостатное регулирование (регулирование при помощи добавочных резисторов)

Регулирование при помощи цепи последовательно соединенных резисторов позволяет изменять ток и напряжение питания электродвигателя путем ограничения тока в его якорной цепи. Схематически это выглядит как цепочка добавочных резисторов, присоединенных последовательно к обмотке двигателя, и включенных между ней и плюсовой клеммой источника питания.

Часть резисторов может быть по мере надобности шунтирована контакторами, чтобы соответствующим образом изменился ток через обмотку двигателя. Раньше в тяговых электроприводах такой метод регулирования был распространен весьма широко, и за неимением альтернатив приходилось мириться с очень низким КПД в силу значительных тепловых потерь на резисторах. Очевидно, это наименее эффективный метод — лишняя мощность просто рассеивается в виде ненужного тепла.

Здесь напряжение для питания мотора постоянного тока получается на месте, при помощи генератора постоянного тока. Приводной мотор вращает генератор постоянного тока, который и питает в свою очередь мотор исполнительного механизма.

Регулирование рабочих параметров двигателя исполнительного механизма достигается путем изменения тока обмотки возбуждения генератора. Больше ток обмотки возбуждения генератора — большее напряжение подается на конечный двигатель, меньше ток обмотки возбуждения генератора — меньшее напряжение, соответственно, подается на конечный двигатель.

Данная система, на первый взгляд, более эффективна, чем просто рассеивание энергии в виде тепла на резисторах, однако и она отличается своими недостатками. Во-первых, система содержит две дополнительные, довольно габаритные, электрические машины, которые необходимо время от времени обслуживать. Во-вторых, система инерционна — соединенные три машины не в состоянии резко изменить свой ход. В результате снова КПД получается низким. Однако, на протяжении некоторого времени такие системы использовались на заводах в 20 веке.

Метод тиристорного регулирования

С появлением во второй половине 20 века полупроводниковых приборов, появилась возможность создания малогабаритных тиристорных регуляторов для двигателей постоянного тока. Двигатель постоянного тока теперь просто подключался к сети переменного тока через тиристор, и, варьируя фазу открывания тиристора, стало возможным получить плавное регулирование скорости вращения ротора двигателя. Этот метод позволил совершить рывок в подъеме КПД и быстродействия преобразователей для питания моторов постоянного тока.

Метод тиристорного регулирования и сейчас используется, в частности, для управления скоростью вращения барабана в автоматических стиральных машинах, где в качестве привода служит коллекторный высокооборотный мотор. Справедливости ради отметим, что аналогичный метод регулирования работает и в тиристорных диммерах, способных управлять яркостью свечения ламп накаливания.

Постоянный ток при помощи инвертора преобразуется в переменный ток, который затем при помощи трансформатора повышается или понижается, после чего выпрямляется. Выпрямленное напряжение подается на обмотки электродвигателя постоянного тока. Возможно дополнительное , тогда достигаемый эффект на выходе несколько похож на тиристорное регулирование.

Наличие трансформатора и инвертора в принципе приводит к удорожанию системы в целом, однако современная полупроводниковая база позволяет строить конверторы в виде готовых малогабаритных устройств с питанием от сети переменного тока, где трансформатор стоит высокочастотный импульсный, и в итоге габариты получаются небольшими, а КПД уже достигает 90%.

Импульсное управление

Система импульсного управления моторами постоянного тока похожа по своему устройству на импульсный . Этот метод является одним из наиболее современных, и именно его используют сегодня в электрокарах и внедряют в метро. Звено понижающего преобразователя (диод и дроссель) объединено в последовательную цепь с обмоткой мотора, и регулируя ширину подаваемых на звено импульсов, добиваются требуемого среднего тока через обмотку мотора.

Такие импульсные системы управления, по сути — импульсные преобразователи, отличаются более высоким КПД — более 90%, и обладают отличным быстродействием. Здесь открываются широкие возможности для , что весьма актуально для станков с большой инерционностью и для электрокаров.

Андрей Повный

Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока. В промышленных аппаратах используют разные способы регулировки тока: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов, изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования, применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов. К недостаткам такой регулировки надо отнести сложность конструкции, громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении.

Наиболее оптимальный вариант - еще при намотке вторичной обмотки сделать ее с отводами и, переключая количество витков, изменять ток. Однако использовать такой способ можно для подстройки тока, но не для его регулировки в широких пределах. Кроме того, регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами.

Так, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости, а 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.

После долгих поисков путем проб и ошибок был найден оптимальный вариант решения проблемы - широко известный тиристорный регулятор, схема которого изображена на рис.1.

При предельной простоте и доступности элементной базы он прост в управлении, не требует настроек и хорошо зарекомендовал себя в работе - работает не иначе, как "часы".

Регулирование мощности происходит при периодическом отключении на фиксированный промежуток времени первичной обмотки сварочного трансформатора на каждом полупериоде тока. Среднее значение тока при этом уменьшается.

Основные элементы регулятора (тиристоры) включены встречно и параллельно друг другу. Они поочередно открываются импульсами тока, формируемыми транзисторами VT1, VT2. При включении регулятора в сеть оба тиристора закрыты, конденсаторы С1 и С2 начинают заряжаться через переменный резистор R7. Как только напряжение на одном из конденсаторов достигает напряжения лавинного пробоя транзистора, последний открывается, и через него течет ток разряда соединенного с ним конденсатора.

Вслед за транзистором открывается и соответствующий тиристор, который подключает нагрузку к сети. После начала следующего, противоположного по знаку полупериода переменного тока тиристор закрывается, и начинается новый цикл зарядки конденсаторов, но уже в обратной полярности. Теперь открывается второй транзистор, и второй тиристор снова подключает нагрузку к сети.

Изменением сопротивления переменного резистора R7 можно регулировать момент включения тиристоров от начала до конца полупериода, что в свою очередь приводит к изменению общего тока в первичной обмотке сварочного трансформатора Т1. Для увеличения или уменьшения диапазона регулировки можно изменить сопротивление переменного резистора R7 в большую или меньшую сторону соответственно.

Транзисторы VT1, VT2, работающие в лавинном режиме, и резисторы R5, R6, включенные в их базовые цепи, можно заменить динисторами. Аноды динисторов следует соединить с крайними выводами резистора R7, а катоды подключить к резисторам R3 и R4. Если регулятор собрать на динисторах, то лучше использовать приборы типа КН102А.

Переменный резистор типа СП-2, остальные типа МЛТ. Конденсаторы типа МБМ или МБТ на рабочее напряжение не менее 400 В.

Правильно собранный регулятор не требует налаживания. Необходимо лишь убедиться в в лавинном режиме (или в стабильном включении динисторов).

Внимание! Устройство имеет гальваническую связь с сетью. Все элементы, включая теплоотводы тиристоров, должны быть изолированы от корпуса.