На изготовление лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа) своими руками многих толкает избыток на электрорынке некачественных регуляторов. Можно использовать и экземпляр промышленного типа, правда, подобные образцы имеют слишком большие размеры и дорого стоят. Именно из-за этого применение их в домашних условиях затруднено.
Что собой представляет электронный ЛАТР?
Автотрансформаторы нужны, чтобы плавно изменять напряжение тока частотой 50-60 Гц во время проведения разных электротехнических работ. Еще их нередко используют, когда требуется уменьшить либо увеличить переменное напряжение для бытового или строительного электрооборудования.
Трансформаторами выступает электрическая аппаратура, которая оснащена несколькими обмотками соединенными индуктивно. Применяется она для преобразования электрической энергии по уровню напряжения или тока.
Кстати, широко использовать электронный ЛАТР начали 50 лет тому назад. Раньше прибор оснащали токосъемным контактом. Его располагали на вторичной обмотке. Так получалось плавно настраивать выходное напряжение.
Когда подключались различные лабораторные устройства , присутствовал вариант оперативного изменения напряжения. Скажем, при желании можно было менять степень нагрева паяльника, настраивать обороты электромотора, яркость освещения и прочее.
В настоящее время ЛАТР имеет разные модификации. В целом он представляет собой трансформатор, преобразующий переменное напряжение одной величины в другую. Подобное устройство служит стабилизатором напряжения. Его главным отличием является возможность регулировки напряжения на выходе из оборудования.
Существуют разные виды автотрансформаторов:
- Однофазный;
- Трехфазный.
Последний тип - установленные в единой конструкции три однофазных ЛАТРа. Однако мало кто желает стать его владельцем. И трехфазные, и однофазные автотрансформаторы оборудованы вольтметром и регулировочной шкалой .
Область применения ЛАТРа
Автотрансформатор используют в различных сферах деятельности, среди них:
- Металлургическое производство;
- Коммунальное хозяйство;
- Химическая и нефтяная промышленности;
- Производство техники.
Кроме этого, он нужен для следующих работ: изготовления бытовых приборов, исследования электрооборудования в лабораториях, наладки и проверки техники, создания телевизионных приемников.
Вдобавок ЛАТР часто используют в учебных заведениях для проведения опытов на уроках химии и физики. Его можно даже обнаружить в составе устройств некоторых стабилизаторов напряжения. Также применяется в качестве дополнительного оборудования к самописцам и станкам. Почти во всех лабораторных исследованиях в виде трансформатора используют именно ЛАТР, поскольку он имеет простую конструкцию и несложен в эксплуатации.
Автотрансформатор в отличие от стабилизатора, который применяется лишь в нестабильных сетях и на выходе создает напряжение 220В с разной погрешностью в 2-5%, выдает точное заданное напряжение.
По климатическим параметрам разрешается использование этих приборов при высоте 2000 метров, но ток нагрузки приходится снижать на 2,5% при подъеме на каждые 500 м.
Основные минусы и плюсы автотрансформатора
Главное преимущество ЛАТРа - это более высокий КПД , ведь только некоторая часть мощности трансформируется. Особенно важно, если входное и выходное напряжения немного отличаются.
Их минусом является то, что отсутствует между обмотками электрическая изоляция. Хотя в промышленных электросетях нулевой провод обладает заземлением, поэтому такой фактор особой роли играть не будет, к тому же для обмоток используется меньше меди и стали для сердечников, как следствие, меньший вес и габариты. В результате можно хорошо сэкономить.
Первый вариант - прибор изменения напряжения
Если вы начинающий электрик, то лучше попробовать сначала сделать простую модель ЛАТРа, которая будет регулироваться устройством напряжения - от 0-220 вольт. По такой схеме автотрансформатор имеет мощность - от 25-500 Вт
.
Чтобы увеличить мощность регулятора до 1,5 кВт, нужно тиристоры VD 1 и 2 поставить на радиаторы. Подключают их параллельно нагрузке R 1. Эти тиристоры ток пропускают в противоположных направлениях. При включении прибора в сеть они закрыты, а конденсаторы C 1 и 2 начинают заряжаться от резистора R 5. Еще им при необходимости изменяют величину напряжения во время нагрузки. Вдобавок этот переменный резистор вместе с конденсаторами образовывает фазосдвигающую цепь.
Такое техническое решение дает возможность пользоваться сразу двумя полупериодами переменного тока. В итоге для нагрузки применяется полная мощность, а не половинная.
Единственный недостаток схемы в том, что форма переменного напряжения во время нагрузки из-за специфики работы тиристоров оказывается не синусоидальной. Все это приводит к помехам по сети. Для исправления в схеме проблемы достаточно встроить фильтры последовательно нагрузке. Их можно вытащить из сломанного телевизора.
Второй вариант - регулятор напряжения с трансформатором
Не вызывающий помех в сети и дающий синусоидальное напряжение прибор, собирать труднее предыдущего. ЛАТР, схема которого имеет биополярный VT 1
, в принципе тоже получится сделать самостоятельно. Причем транзистор служит регулирующим элементом в устройстве. Мощность в нем зависит от нагрузки. Работает он как реостат. Такая модель позволяет изменять рабочее напряжение не только при реактивных нагрузках, но и активных.
Однако представленная схема автотрансформатора тоже не идеальна. Ее минус в том, что функционирующий регулирующий транзистор выделяет очень много тепла. Для устранения недостатка понадобится мощный теплоотводящий радиатор, площадь которого равна не менее 250 см ².
В этом случае применяется трансформатор T 1. Он должен иметь вторичное напряжение около 6-10 В и мощность примерно 12-15 Вт . Диодный мост VD 6 осуществляет выпрямление тока, который впоследствии проходит к транзистору VT 1 в любом варианте полупериода через VD 5 и VD 2. Базовый ток транзистора регулируется переменным резистором R 1, изменяя тем самым характеристики тока нагрузки.
Вольтметром PV 1 контролируют размеры напряжения на выходе из автотрансформатора. Он используется с расчетом напряжения от 250-300 В. Если появляется необходимость увеличить нагрузку, тогда стоит заменить диоды VD 5- VD 2 и транзистор VD 1 на более мощные. Естественно, за этим последует расширение площади радиатора.
Как видно, собрать своими руками ЛАТР, возможно, нужно только иметь немного знаний в данной области и закупить все необходимые материалы.
При конструировании, сборке или ремонте чего-либо часто приходится соединять детали. Типы и методы соединений различны. Например, при соединении изделий из металла используют соединение на резьбе (винт или болт с гайкой), клепку, склеивание, спаивание и сварку.
И если для первых трех нужны только механические инструменты, то для спаивания необходимы паяльники, а для сварки некоторые умельцы делают самодельные сварочные аппараты постоянного и переменного тока. Многие из этих агрегатов работают без сбоев не один десяток лет.
Самодельные аппараты переменного тока
При сборке, ремонте или конструировании бытовой техники или какого-либо оборудования возникает необходимость сварить несколько деталей вместе. Сварочные аппараты переменного тока стоят дорого, купить их не так просто. Но вполне допустимо сделать их самому. Схемы таких устройств очень разные.
Одна из оригинальных конструкций выполнена на основе трансформатора ЛАТР (автотрансформатора лабораторного). Этот аппарат работает от обычной сети, используя в работе переменный ток. Электротехнические характеристики его очень высоки из-за магнитопровода специального исполнения.
Он выполнен из трансформаторного ленточного железа (свит в рулон) и имеет форму кольца или тора, хотя обычный сварочный аппарат переменного тока собран из пластин, похожих на букву «Ш». Характеристики тороидального изделия выше в 4,7 раз, а потери почти минимальны по сравнению с Ш-образным сердечником.
Но такое трансформаторное ленточное железо сейчас в дефиците, поэтому легче достать готовый 9-амперный автотрансформатор лабораторный (ЛАТР) или тороидальный магнитопровод от сгоревшего изделия. Его необходимо перемотать — убрать обмотку вторичную старую или сгоревшую и намотать новую, более толстым проводом. Используя все это, вы соберете аппарат переменного тока 75-155 А примерно за 1-2 часа.
Вернуться к оглавлению
Перемотка ЛАТР
Для замены обмоток поступают следующим способом:
- Снимают кожух (если он есть).
- Удаляют арматуру из немагнитного материала (пластмасса, алюминий) вместе с механической частью.
- Избавляются от старых или сгоревших обмоток:
- если обмотки не повреждены, то вторичную просто сматывают на специальный челнок для использования в других разработках и конструкциях. Челнок размером 4-5х10-20 см можно вырезать из фанеры;
- если обмотки сгорели, то провод удаляют любым методом: срезают, обрывают.
- Производят электроизоляцию сердечника от будущей обмотки, обмотав железо лакотканью в два слоя или сделав накладки из специального электрокартона.
- Наматывают новые обмотки, изолировав их друг от друга;.
- Производят сборку.
На аппараты, выполненные на основе трансформатора ЛАТР, наматывают всего две обмотки.
Если трансформатор сгорел полностью, приходится мотать обе обмотки.
Первичную выполняют 1,2-миллиметровым проводом типа ПЭВ-2. Ориентировочная длина этого куска — 170 м. Для намотки пользуются челноком. Провод наматывают на него полностью.
А затем, закрепив конец, начинают выполнять поступательные движения рукой внутрь тороида, обматывая проводом изолированный сердечник. Намотка производится виток к витку. После намотки первичную обмотку покрывают изоляцией (той же лакотканью).
Для более надежной изоляции и эффективного охлаждения аппарата можно применить метод воздушного зазора между обмотками. В этом случае первичную обмотку можно не изолировать сверху — хватит и ее собственного покрытия.
Метод таков:
- изготавливаются два кольца из толстого (3-5 мм) текстолита с внешним калибром на 3-5 мм (с каждой стороны) больше диаметра сердечника с намотанной «первичкой»;
- c краев снимается фаска (они скругляются) во избежание порчи изоляции;
- кольца закрепляются сверху и снизу сердечника двусторонним скотчем;
- наматывается вторичная обмотка.
Вторичную — 45 витков — выполняют несколькими проводами, скрученными вместе, или шиной, которые должны быть в стекловидной или ХБ-изоляции. Сечение рассчитывается в зависимости от необходимого сварочного тока и составляет 5-7 А на 1 кв.мм. На ток 170 А вам понадобится шина или скрутка сечением 35 мм или больше. Обмотку вторичную (для охлаждения) распределяют по тороиду с зазором, стараясь распределять ее равномерно.
Если у вас имеется рабочий автотрансформатор или вы приобрели новый, то работа сводится только к перемотке одной (вторичной) обмотки, так как первичная уже намотана проводом необходимого сечения и длины.
Он перебирается в такой последовательности:
- вначале отвинчивают металлический или пластмассовый кожух (если он есть);
- снимают ползунок с графитовым токосъемником;
- удаляют арматуру из немагнитного материала (пластмасса, алюминий);
- определяют (прозванивают тестером) и маркируют все сетевые выводы;
- остальные провода обматывают изоляцией или надевают на них ПВХ-трубки и укладывают на боковой части ЛАТР перпендикулярно обмоткам;
- далее монтируется вторичная обмотка; витки, диаметр и марка проводов из меди аналогична варианту, описанному выше (полностью сгоревшему).
Сварочные аппараты, точнее, их трансформаторы, рекомендуется монтировать вдвоем. Первый человек протягивает провод и укладывает его, стараясь не испортить изоляцию и соблюсти дистанцию между витками. Второй придерживает конец провода, не позволяя ему скручиваться.
Если изоляция нарушится и концы хотя бы одного витка соприкоснутся, произойдет межвитковое замыкание, трансформатор перегреется и аппарат выйдет из строя.
Сварочные аппараты с таким трансформатором работают на токах 55-180 А.
Вернуться к оглавлению
Электромонтажная схема
У любой конструкции, работающей от сети, есть своя схема. Имеет ее и вышеописанный сварочный аппарат.
Перемотанный трансформатор закрывают его старым кожухом (если он подходит), готовят новый или обходятся без ограждения. Это не так опасно. Ведь аппарат имеет потенциал на выходе не более 50 В. Да и охлаждать трансформатор без кожуха намного легче.
Выводы обмоток трансформатора на ваш аппарат подсоединяются так:
- Первичная (I) — подсоединяется к 220 В 2-4-миллиметровым медным гибким проводом (ВРП или ШРПС). Обязателен автомат (Q1) — выключатель автоматический наподобие тех, что стоят в домах.
- К вторичной (многоамперной) прикрепляют тщательно изолированные, но к тому же гибкие провода ПРГ соответствующего сечения.
Один конец крепится к обрабатываемой детали и заземляется (для электробезопасности). На другом укрепляется резистор балластный (для регулирования выходного тока) и самодельный или стандартный электрододержатель на аппарат.
Вернуться к оглавлению
Регуляторы тока
Регулятор представляет свитый спиралью провод 3-миллиметрового калибра из констатановой или нихромовой проволоки длиной примерно около 5 м. Это своеобразный балластник, включенный в цепь электродержателя последовательно.
Спираль укрепляется отдельно на листе асбестоцемента. Ток сварки аппарата можно изменять тремя способами:
- Метод подбора. На регулирующем конце укрепляют зажим-крокодил большого размера. Изменение тока производят путем перемещения зажима по спирали. Если укрепить спираль только на концах (или распрямить), то регулировка будет плавной.
- Метод переключения. Берут переключатель. Его общий вывод подключают на регулирующий провод. Остальные выводы подключают на витки спирали. Ток регулируют дискретным перемещением ползунка.
- Метод замены. Ток изменяют путем подбора электродов (толстые и тонкие, длинные и короткие). Регулирование происходит в небольших пределах. Этот метод почти не применяется.
Эти аппараты изменяют сварочный ток путем регулировки вторичной обмотки. С нее снимается большой ток, поэтому изменять ток электронным методом нерентабельно. Надо устанавливать мощные детали, огромные радиаторы и соответствующее охлаждение.
Отличный сварочный аппарат можно сделать на основе лабораторного автотрансформатора ЛАТР и самодельного тиристорного минирегулятора с выпрямительным мостом. Они дают возможность не только безопасно подключаться к стандартной сети напряжением 220 В, но и изменять напряжение на электроде, а значит, выбирать требуемую величину сварочного тока.
Внутри корпуса размещается тороидальный автотрансформатор (АТР), выполненный на магнитопроводе большого сечения. Именно этот сердечник-магнитопровод понадобится от ЛАТРа для изготовления нового сварочного трансформатора (СТ).
Нам потребуется два одинаковых кольца-магнитопровода от крупных ЛАТРов. ЛАТРы выпускались в СССР разных видов с максимальным током от 2 до 10 А. Сварочный трансформатор для его изготовления подойдут те, размеры магнитопроводов которых дадут возможность разместить необходимое количество витков. Наиболее часто встречающимся среди них, является АТР типа ЛАТР 1М.
Магнитопровод от ЛАТР 1М обладает следующими габаритами: внешний диаметр 127 мм; внутренний 70 мм; высота кольца 95 мм; сечение 27 см2 и массу 6 кг. Из двух колец от этого ЛАТР можно сделать отличный сварочный трансформатор.
У многих АТР магнитопровод имеет внешний диаметр кольца больше, но зато меньшие высота и диаметр окна. В этом случае его необходимо увеличить до 70 мм. Кольцо магнитопровода сделано из намотанных друг на друга кусков железной ленты, сваренной по краям.
Для того чтобы подогнать внутренний диаметр окна, необходимо изнутри отсоединить конец ленты и отмотать нужное количество. Не пытайтесь сделать это за один раз.
Сварочный трансформатор начало операции изготовления, во первых требуется изолировать оба кольца. Обращая внимание на углы краев колец, если они острые, то могут запросто повредить наложенную изоляцию, а затем замкнуть провод обмотки. На углы лучше приклеить какую-нибудь эластичную ленту или разрезанный вдоль кембрик. Сверху кольцо обматывают небольшим слоем изоляции. Далее изолированные кольца скрепляют вместе.
Кольца плотно скручивают плотной лентой, а по бокам фиксируют колышками, стянутыми изолентой. Теперь сердечник для СТ готов.
Переходим к следующему пункту изготовления сварочного трансформатора, а именно укладка первичной обмотки .
Сварочный трансформатор обмотки - наматывают как показано на рисунке три - первичная обмотка посредине, обе секции вторичной размещены на боковых плечах. На первичную обмотку требуется около 70-80 метров провода, который придется каждым витком тянуть через оба окна магнитопровода. При этом могу порекомендовать использовать приспособление показанное на рисунке 4. Сначала провод наматывают на нем и в таком виде легко протягивают через окна колец. Провод обмотки может быть кусковый, метров по десять, но лучше все же использовать целый.
В данном случае его наматывают частями, а концы скрепляют не скручивая и пропаивают между собой, а затем изолируют. Диаметр провода используемого в первичной обмотки 1,6-2,2 мм. в колличестве 180-200 витков.
Приступаем к намотке СТ. На конец провода крепим кембрик с помощью изоленты к началу первого слоя. Поверхность магнитопровода закругленной форму, поэтому первые слои будут иметь меньше витков, чем каждый последующие для выравнивания поверхности смотри рисунок 5. Провод необходимо укладывать виток к витку, ни в коем случаи не захлестывть провод на проводе.
Слои провода требуется изолировать друг от друга. Для экономии места обмотку следует укладывать как можно компактнее. На магнитопроводе из небольших колец межслоевую изоляцию необходимо применять потоньше, например с помощью обычного скотча. Не спешите намотать первичную обмоткуза один раз. Проще сделать это в 2-3 подхода.
Определим количество витков вторичной обмотки СТ на требуемое напряжение. Для начала подсоединим уже намотанную первичную обмотку к переменному напряжению на 220 вольт. Ток холостого хода этого варианта СТ низкий - всего 70-150 мА, гул СТ должен быть тихим. Намотайте на одно из боковых плеч 10 витков провода и померьте вольтметром выходное напряжение на нем. На каждое из боковых плеч поступает только половина магнитного потока, генерируемого на центральном плече, поэтому здесь на каждый виток вторичной обмотки придется 0,6-0,7 В. Исходя из полученного результата, рассчитываем требуемое количество витков во вторичной обмотки, ориентируясь на уровень напряжения в 50 вольт, обычно это около 75 витков. Проще всего намотать многожильным проводом 10 мм2 в синтетической изоляции. Можно собрать вторичную обмотку и из нескольких жил медного провода. Половину витков следует наматывать на одно плечо, половину на другое.
Намотав обмотки на оба плеча СТ, нужно проверить напряжение на каждом из них, допускается разница в 2-3 вольта, но не более. Затем обмотки на плечах соединаяют последовательно, но так, чтобы они небыли в противофазе, иначе на выходе будет около нуля.
При стандартном сетовом напряжение сварочный трансформатор на магнитопроводе из ЛАТР может выдавать ток в дуговом режиме до 100-130 А, при КЗ ток вторичной цепи достигает 180 А.
Дуга зажигается очень легко при напряжении ХХ, около 50 В или выше, хотя дугу можно без особых проблем зажигать и при более низких напряжениях. На кольцах от ЛАТРов можно также собрать СТ по тороидальной схеме.
Для этого потребуются тоже два кольца, лучше от больших ЛАТРов. Кольца соединяют и изолируют: получается одно большое кольцо-магнитопровод. Первичная обмотка содержит столько же витков как и описано выше, но ее наматывают уже по всему кольцу и обычно в два слоя. Изолировать слои нужно как можно более тонкими материалами. Нельзя использовать и толстые обмоточные провода.
Плюсом тороидальной схемы СТ является высокий КПД. На каждый виток вторичной обмотки приходится 1 В напряжения, поэтому, вторичная обмотка будет содержать меньше витков, а выходная мощность выше, чем в предыдущей сслучае.
К очевидным минусам можно отнести проблему с намоткой, ограниченный объем окна и невозможность использования провода большого диаметра.
Использовать для вторички жесткие провода проблемотично. Лучше применить мягкие многожильные
Характеристика горения дуги у тороидального СТ на порядок выше, чем у предыдущего варианта.
Схема сварочного аппарата на основе СТ на магнитопроводе от Латров |
Режимы работы выставляют потенциометрам. Совместно с емкостями C2 и C3 он образует классические фазосдвигающие цепочки, каждая из которых, сработает в свой полупериод и откроет свой тиристор на заданный промежуток времени. В результате на первичной обмотке СТ окажутся регулируемые 20 - 215 В. Трансформируясь во вторичной обмотке, в нужное напряжение они легко зажигают дугу для сварки на переменном или выпрямленном токе.
Для изготовления сварочного трансформатора можно использовать статор от асинхронного двигателя. Размер сердечника определяется в данном случае площадью поперечного сечения статора, которая должна быть не меньше 20 см 2 .
В отечественных цветных телевизорах применялись крупные, тяжелые сетевые трансформаторы, например, ТС-270, ТС-310, СТ- 270. Они имеют U- образные магнитопроводы, их легко разобрать, отвинтив всего-то две гайки на стягивающих шпильках, и магнитопровод распадается на две половинки. У более старых трансформаторов ТС-270, ТС- 310 сечение магнитопровода имеет размеры 2х5 см, S=10 см2, а у более новых - ТС-270, сечение магнитопропода S=11,25 см2 при размерах 2,5х4,5 см. При этом ширина окна у старых трансформаторов на несколько миллиметров больше. Более старые трансформаторы намотаны медным проводом, из их первичных обмоток может пригодиться провод.
Сварочный трансформатор другие возможные типы и варианты конструкции |
СТ кроме специального изготовления можно получить, переоборудовав готовые трансформаторы различного назначения. Мощные трансформаторы подходящего типа применяют для создания сетей с напряжением 36, 40 В, обычно в местах с повышенной пожароопасностью, влажностью и для других нужд. Для этих целей используют разные типы трансформаторов: разных мощностей, включаемых в 220, 380 В по одно или трехфазной схеме.
Режимы работы задают с помощью потенциометра. Совместное конденсаторами C2 и C3 он образует фазосдвигающие цепочки, каждая из которых, срабатывая во время своего полупериода, открывает соответствующий тиристор на некоторый промежуток времени. В результате на первичной обмотке сварочного Т1 оказываются регулируемые 20-215 В. Трансформируясь во вторичной обмотке, требуемые -Uсв позволяют легко зажечь дугу для сварки на переменном (клеммы Х2, Х3) или выпрямленном (Х4, Х5) токе.
Рис.1. Самодельный сварочный аппарат на основе ЛАТРа.
Сварочный трансформатор на базе 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.
Резисторы R2 и R3 шунтируют цепи управления тиристоров VS1 и VS2. Конденсаторы C1, C2 снижают до допустимого уровень радиопомех, сопровождающих дуговой разряд. В роли светового индикатора HL1, сигнализирующего о включении аппарата в бытовую электросеть, используется неоновая лампочка с токоограничительным резистором R1.
Для подсоединения «сварочника» к квартирной электропроводке применима обычная штепсельная вилка Х1. Но лучше использовать более мощный электроразъём, который в обиходе называют «евровилка-евророзетка». А в качестве выключателя SB1 подойдёт «пакетник» ВП25, рассчитанный на ток 25 А и позволяющий размыкать оба провода сразу.
Как показывает практика, устанавливать на сварочном аппарате какие бы то ни было предохранители (противоперегрузочные автоматы) не имеет смысла. Здесь приходится иметь дело с такими токами, при превышении которых обязательно сработает защита на вводе сети в квартиру.
Для изготовления вторичной обмотки с базового ЛАТР2 снимают кожух-ограждение, токосъёмный ползунок и крепежную арматуру. Затем на имеющуюся обмотку 250 В (отводы 127 и 220 В остаются невостребованными) накладывают надёжную изоляцию (например, из лакоткани), поверх которой размещают вторичную (понижающую) обмотку. А это 70 витков изолированной медной или алюминиевой шины, имеющей в поперечнике 25 мм2. Приемлемо выполнение вторичной обмотки из нескольких параллельных проводов с таким же общим сечением.
Намотку удобнее осуществлять вдвоём. В то время как один, стараясь не повредить изоляцию соседних витков, осторожно протягивает и укладывает провод, другой удерживает свободный конец будущей обмотки, предохраняя её от скручивания.
Модернизированный ЛАТР2 помещают в защитный металлический кожух с вентиляционными отверстиями, на котором располагают монтажную плату из 10-мм гетинакса или стеклотекстолита с пакетным выключателем SB1, тиристорным регулятором напряжения (с резистором R6), светоиндикатором HL1 включения аппарата в сеть и выходными клеммами для сварки на переменном (Х2, Х3) или постоянном (Х4, Х5) токе.
При отсутствии базового ЛАТР2 его можно заменить самодельным «сварочником» с магнитопроводом из трансформаторной стали (сечение сердечника 45-50 см2). Его первичная обмотка должна содержать 250 витков провода ПЭВ2 диаметром 1,5 мм. Вторичная же ничем не отличается от той, что используется в модернизированном ЛАТР2.
На выходе низковольтной обмотки устанавливают блок выпрямителей с силовыми диодами VD3-VD10 для сварки на постоянном токе. Помимо указанных вентилей вполне приемлемы и более мощные аналоги, например, Д122-32-1 (выпрямленный ток - до 32 А).
Силовые диоды и тиристоры устанавливают на радиаторах-теплоотводах, площадь каждого из которых не менее 25 см2 . Наружу из кожуха выводят ось регулировочного резистора R6. Под рукояткой размещают шкалу с делениями, соответствующими конкретным величинам постоянного и переменного напряжения. А рядом - таблицу зависимости сварочного тока от напряжения на вторичной обмотке трансформатора и от диаметра сварочного электрода (0,8-1,5 мм).
Разумеется, приемлемы и самодельные электроды, изготовленные из углеродистой стальной «катанки» диаметром 0,5-1,2 мм. Заготовки длиной 250-350 мм покрывают жидким стеклом - смесью силикатного клея и измельченного мела, оставив незащищенными 40-мм концы, необходимые для подключения к сварочному аппарату. Обмазку тщательно высушивают, иначе при сварке она начнёт «постреливать».
Хотя для сварки можно использовать как переменный (клеммы Х2, Х3), так и постоянный (Х4, Х5) ток, второй вариант, по отзывам сварщиков, предпочтительнее первого. Причем полярность играет далеко немаловажную роль. В частности, при подаче «плюса» на «массу» (свариваемый предмет) и, соответственно, подключении электрода к клемме со знаком «минус» имеет место так называемая прямая полярность. Для неё характерно выделение большего количества тепла, чем при обратной полярности, когда электрод подсоединен к положительному выводу выпрямителя, а «масса» - к отрицательному. Обратная полярность применяется, если нужно уменьшить выделение тепла, например, при сварке тонких листов металла. Почти вся выделяемая злектродугой энергия идет на образование сварного шва, а потому глубина провара на 40-50 процентов больше, чем при токе той же величины, но прямой полярности.
И еще несколько весьма существенных особенностей. Увеличение тока дуги при неизменной скорости сварки приводит к росту глубины провара. Причем если работа ведется на переменном токе, то последний из названных параметров становится на 15-20 процентов меньше, чем при использовании постоянного тока обратной полярности. Напряжение же сварки мало влияет на глубину провара. Зато от Uсв зависит ширина шва: с ростом напряжения она увеличивается.
Отсюда важный вывод для занимающихся, скажем, сварочными работами при ремонте кузова легкового автомобиля из тонколистовой стали: наилучшие результаты даст сварка постоянным током обратной полярности при минимальном (но достаточном для устойчивого горения дуги) напряжении.
Дугу необходимо поддерживать минимально короткой, электрод тогда расходуется равномерно, а глубина проплавления свариваемого металла - максимальна. Сам же шов получается чистым и прочным, практически лишенным шлаковых включений. А от редких брызг расплава, трудно удаляемых после остывания изделия, можно защититься, натерев мелом околошовную поверхность (капли будут скатываться, не приставая к металлу).
Возбуждение дуги производят (предварительно подав на электрод и «массу» соответствующее -Uсв) двумя способами. Суть первого в лёгком прикосновении электрода к свариваемым деталям с последующим отводом его на 2-4 мм в сторону. Второй способ напоминает чиркание спичкой по коробку: скользнув электродом по свариваемой поверхности, его тут же отводят на небольшое расстояние. В любом случае нужно уловить момент возникновения дуги и уже потом, плавно перемещая электрод над образующимся тут же швом, поддерживать ее спокойное горение.
В зависимости от типа и толщины свариваемого металла выбирают тот или иной электрод. При наличии, например, стандартного сортамента для листа Ст3 толщиной 1 мм подойдут электроды диаметром 0,8-1 мм (на это в основном и рассчитана рассматриваемая конструкция). Для сварочных работ на 2-мм стальном прокате желательно иметь и «сварочник» помощнее, и электрод потолще (2-3 мм).
Для сварки ювелирных изделий из золота, серебра, мельхиора лучше использовать тугоплавкий электрод (например, вольфрамовый). Можно сваривать и менее стойкие к окислению металлы, используя защиту углекислым газом.
В любом случае работу можно выполнять как вертикально расположенным электродом, так и наклонённым вперед или назад. Но искушенные профессионалы утверждают: при сварке углом вперед (имеется в виду острый угол между электродом и готовым швом) обеспечиваются более полный провар и меньшая ширина самого шва. Сварка же углом назад рекомендуется лишь для соединения внахлестку, особенно когда приходится иметь дело с профильным прокатом (уголком, двутавром и швеллером).
Немаловажная вещь - сварочный кабель. Для рассматриваемого аппарата как нельзя лучше подойдет медный многожильный (общее сечение около 20 мм2) в резиновой изоляции. Потребное количество - два полутораметровых отрезка, каждый из которых следует оборудовать тщательно обжатым и пропаянным клеммным наконечником для подключения к «сварочнику». Для непосредственного же соединения с «массой» используют мощный зажим типа «крокодил», а с электродом - держатель, напоминающий трехзубую вилку. Можно воспользоваться и автомобильным «прикуривателем».
Необходимо позаботиться также о личной безопасности. При электродуговой сварке постараться уберечься от искр, а тем более - от брызг расплавленного металла. Рекомендуется надевать брезентовую одежду свободного покроя, защитные рукавицы и использовать маску, предохраняющую глаза от жёсткого излучения электрической дуги (солнцезащитные очки здесь непригодны).
Разумеется, нельзя забывать и о «Правилах техники безопасности при выполнении работ на электрооборудовании в сетях с напряжением до 1 кВ». Электричество беспечности не прощает!
Контактная сварка, помимо технологических достоинств применения, обладает еще одним важным преимуществом – несложное оборудование для нее можно изготовить самостоятельно, а его эксплуатация не потребует специфических навыков и первоначального опыта.
1 Принципы конструирования и сборки контактной сварки
Контактная сварка, своими руками собранная, может быть использована для решения довольно широкого спектра задач несерийного и непромышленного характера по ремонту и изготовлению изделий, механизмов, оборудования из различных металлов как в домашних условиях, так и в небольших мастерских.
Контактная сварка обеспечивает создание сварного соединения деталей за счет нагрева области их соприкосновения проходящим через них электрическим током при одновременном приложении сжимающего усилия к зоне соединения. В зависимости от материала (его теплопроводности) и геометрических размеров деталей, а также мощности используемого для их сваривания оборудования процесс контактной сварки должен протекать при следующих параметрах:
- низкое напряжение в силовой сварочной цепи – 1–10 В;
- за малое время – от 0,01 секунды до нескольких;
- большой ток сварочного импульса – чаще всего от 1000 А либо выше;
- маленькая зона расплавления;
- сжимающее усилие, прилагаемое к месту сварки, должно быть значительным – десятки–сотни килограмм.
Соблюдение всех этих характеристик напрямую влияет на качество получаемого сварного соединения. Самостоятельно можно изготовить только устройства для , как на видео. Проще всего собрать аппарат переменного сварочного тока с нерегулируемой силой. В нем управление процессом соединения деталей осуществляется за счет изменения продолжительности подаваемого электрического импульса. Для этого используют реле времени либо справляются с этой задачей вручную "на глазок" с помощью выключателя.
Самодельная точечная контактная сварка не очень сложна в изготовлении, а для выполнения ее основного узла – сварочного трансформатора – можно подобрать трансформаторы от старых микроволновок, телевизоров, ЛАТРов, инверторов и тому подобного. Обмотки подходящего трансформатора надо будет перемотать в соответствии с необходимым напряжением и сварочным током на его выходе.
Схему управления подбирают готовую или разрабатывают, а все остальные комплектующие и, в частности, для контактно-сварочного механизма берут, исходя из мощности и параметров сварочного трансформатора. Контактно-сварочный механизм изготавливают в соответствии с характером предстоящих сварочных работ по какой-либо из известных схем. Обычно делают сварочные клещи.
Все электрические соединения должны быть выполнены качественно и иметь хороший контакт. А соединения с использованием проводов – из проводников с сечением, соответствующим протекающему по ним току (как показано на видео). Особенно это касается силовой части – между трансформатором и электродами клещей. При плохих контактах цепи последних в местах соединений будут большие потери энергии, возможно возникновение искрения, а сваривание может стать невозможным.
2 Схема устройства для сварки металла толщиной до 1 мм
Для соединения деталей контактным способом можно собрать по ниже приведенным схемам. Предлагаемый аппарат рассчитан на сварку металлов:
- листовых, толщина которых до 1 мм;
- проволоки и прутков, диаметр которых до 4 мм.
Основные технические характеристики устройства:
- напряжение питающей сети – переменное 50 Гц, 220 В;
- выходное напряжение (на электродах контактно-сварочного механизма – на клещах) – переменное 4–7 В (холостого хода);
- сварочный ток (максимальный импульсный) – до 1500 А.
На Рис.1 приведена принципиальная электрическая схема всего устройства. Предлагаемая контактная сварка состоит из силовой части, цепи управления и автоматического выключателя АВ1, который служит для включения питания устройства и защиты в случае возникновения аварийных ситуаций. Первый узел включает сварочный трансформатор Т2 и бесконтактный тиристорный однофазный пускатель типа МТТ4К, который осуществляет подключение первичной обмотки Т2 к питающей сети.
На Рис.2 представлена схема обмоток сварочного трансформатора с указанием количества витков. Первичная обмотка имеет 6 выводов, переключением которых можно осуществлять ступенчатую грубую регулировку выходного сварочного тока вторичной обмотки. При этом постоянно подсоединенным к сетевой цепи остается вывод №1, а остальные 5 служат для регулировки, и для работы подключают к питанию только один из них.
Схема пускателя МТТ4К, выпускаемого серийно, на Рис.3. Этот модуль представляет собой тиристорный ключ, который при замыкании его контактов 5 и 4 коммутирует нагрузку через контакты 1 и 3, подключенные в разрыв цепи первичной обмотки Тр2. МТТ4К рассчитан на нагрузку с максимальными напряжением до 800 В и током до 80 А. Производят такие модули в г. Запорожье на ООО "Элемент-Преобразователь".
Схема управления состоит из:
- блока питания;
- непосредственно цепи управления;
- реле K1.
В блоке питания может быть использован любой трансформатор мощностью не более 20 Вт, предназначенный для работы от сети 220 В и выдающий на вторичной обмотке напряжение 20–25 В. В качестве выпрямителя предлагается установить диодный мост типа КЦ402, но может быть применен любой другой с аналогичными параметрами либо собран из отдельных диодов.
Реле K1 служит для замыкания контактов 4 и 5 ключа МТТ4К. Это происходит при подаче напряжения от цепи управления на обмотку его катушки. Так как коммутируемый ток, протекающий через замкнутые контакты 4 и 5 тиристорного ключа, не превышает 100 мА, то в качестве K1 подойдет практически любое слаботочное электромагнитное реле с напряжением срабатывания в пределах 15–20 В, например, РЭС55, РЭС43, РЭС32 и подобные.
3 Цепь управления – из чего состоит и как работает?
Цепь управления выполняет функции реле времени. Включая K1 на заданный промежуток времени, она задает продолжительность воздействия электрического импульса на свариваемые детали. Состоит цепь управления из конденсаторов С1–С6, которые должны быть электролитическими с напряжением зарядки 50 В или выше, переключателей типа П2К, имеющих независимую фиксацию, кнопки КН1 и двух резисторов – R1 и R2.
Емкость конденсаторов может быть: 47 мкФ для C1 и C2, 100 мкФ – C3 и C4, 470 мкФ – C5 и C6. КН1 должна быть с одним нормально-замкнутым, а другим нормально-разомкнутым контактами. При включении АВ1 начинают заряжаться конденсаторы, подключенные с помощью П2К к цепи управления и блоку питания (на Рис.1 – это только C1), R1 ограничивает начальный зарядный ток, что позволяет значительно увеличить срок эксплуатации емкостей. Зарядка происходит через скоммутированную на тот момент нормально-замкнутую контактную группу кнопки КН1.
При нажатии на КН1 нормально-замкнутая контактная группа размыкается, отключая цепь управления от блока питания, а нормально-разомкнутая – замыкается, подсоединяя заряженные емкости к реле K1. Конденсаторы при этом разряжаются, и ток разрядки приводит к срабатыванию K1.
Разомкнутая нормально-замкнутая контактная группа КН1 препятствует запитыванию реле непосредственно от блока питания. Чем больше суммарная емкость разряжающихся конденсаторов, тем дольше они разряжаются, и, соответственно, K1 дольше замыкает контакты 4 и 5 ключа МТТ4К, и продолжительнее сварочный импульс. Когда конденсаторы полностью разрядятся, K1 отключится, и контактная сварка прекратит свою работу. Чтобы ее подготовить к следующему импульсу, КН1 надо отпустить. Разрядка конденсаторов происходит через резистор R2, который должен быть переменным и служит для более точного регулирования продолжительности сварочного импульса.
4 Силовая часть – трансформатор
Предлагаемая контактная сварка может быть собрана, как показано по видео, на основе сварочного трансформатора, изготовленного с использованием магнитопровода от трансформатора на 2,5 А. Такие встречаются в ЛАТРах, лабораторных приборах и ряде других устройств. Старую обмотку необходимо удалить. На торцах магнитопровода надо установить кольца, изготовленные из тонкого электрокартона.
Их подгибают по внутренней и внешней кромке. Затем магнитопровод надо обмотать поверх колец 3-мя или большим количеством слоев лакоткани. Для выполнения обмоток используют провода:
- Для первичной 1,5 мм в диаметре, лучше в тканевой изоляции – это будет способствовать хорошему пропитыванию обмотки лаком;
- Для вторичной диаметром 20 мм многожильный в кремнийорганической изоляции с площадью сечения не меньше 300 мм 2 .
Количество витков указано на Рис.2. От первичной обмотки делаются промежуточные выводы. После намотки ее пропитывают лаком ЭП370, КС521 либо подобным. Поверх первичной катушки наматывают хлопчатобумажную ленту (1 слой), которую тоже пропитывают лаком. Затем укладывают вторичную обмотку и снова делают пропитку лаком.
5 Как сделать клещи?
Контактная сварка может быть оснащена клещами, которые монтируют непосредственно в сам корпус устройства, как на видео, либо выносными в виде ножниц. Первые, с точки зрения выполнения качественной, надежной изоляции между их узлами и обеспечения хорошего контакта в цепи от трансформатора до электродов, изготовить и подсоединить гораздо проще, чем выносные.
Однако прижимное усилие, развиваемое такой конструкцией, если не нарастить длину подвижного рычага клещей после электрода, будет равно усилию, создаваемому непосредственно сварщиком. Выносными клещами удобнее пользоваться – можно работать на некотором удалении от аппарата. А усилие, развиваемое ими, будет зависеть от длины ручек. Однако надо будет в месте их подвижного болтового соединения сделать достаточно хорошую изоляцию из текстолитовых втулок и шайб.
Изготавливая клещи, нужно заранее предусмотреть необходимый вылет их электродов – расстояние от корпуса аппарата или места подвижного соединения ручек до электродов. От этого параметра будет зависеть максимально возможное расстояние от кромки листовой детали до места, где выполняется сварка.
Электроды клещей делают из прутков меди либо бериллиевой бронзы. Можно использовать жала мощных паяльников. В любом случае диаметр электродов должен быть не меньше, чем у подводящих к ним ток проводов. Чтобы получать сварочные ядра нужного качества, у контактных площадок (кончиков электродов) размер должен быть как можно меньше.
