Сварочный аппарат с электронной регулировкой тока

Тем, кто любит мастерить всё своими руками, предлагается сделать компактное и надёжное устройство для электросварки изделий из конструкционных сталей электродами диаметром 2-5 мм. Питание его осуществляется от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В, что довольно-таки удобно и при работе в домашних условиях, и «на выезде». А наличие встроенного электронного регулятора позволяет к тому же плавно изменять сварочный ток от 20 А до 200 А, что, в свою очередь, дает возможность прочно соединять детали различной толщины и с большим качеством.

Рис.1. Принципиальная электрическая схема сварочного трансформатора с электронной регулировкой тока:

Как следует из принципиальной электрической схемы (см. рис.), в основе данного устройства - разновидность тиристорного регулятора, получившего широкое распространение в последнее время. Оно и понятно. Ведь такое техническое решение позволяет использовать здесь весьма доступные материалы и детали, что важно для повторения и в «центре», и в условиях «глубинки».
«Сварочник» состоит из собственно силового трансформатора Т1, регулирующих тиристоров VS1 и VS2, включённых в цепь силовой обмотки II, и блока электронной регулировки, вырабатывающего управляющие импульсы. Дополнительная обмотка III стабилизирует горение дуги и позволяет улучшить процесс образования шва в начальный момент сварки. Ну а что касается обмотки IV, то она служит для питания блока электронной регулировки тока.

Трансформатор Т1 изготовлен на основе статорного сердечника от асинхронного двигателя переменного тока мощностью 15...18,5 или 22 кВт. По методике, о которой журнал уже не раз рассказывал своим читателям (см., например, № 8'92, 11'95). Напомним лишь, что электродвигатель разбирают, и статор вместе с обмотками извлекают из корпуса. В случае затруднений последний можно даже разбить (конечно, с соблюдением необходимых предосторожностей).

Прежние обмотки вырубают зубилом. Остатки удаляют, не повреждая, однако, сами статорные пластины. Магнитопровод обматывают затем несколькими слоями стеклоткани или киперной ленты. Причём в последнем случае изолирующий материал промазывают эпоксидным клеем. Или - простым масляным лаком (например, марки ПФ-231).

Первичную обмотку трансформатора выполняют проводом марок ПЭВ-2 (медный) или АПСО (алюминиевый) диаметром 2,5 мм. Содержать она должна 220 витков, которые наматывают равномерно по всему сечению магнитопровода.
Если же провода требуемого диаметра нет, то можно обмотку выполнить двумя проводами. Важно лишь, чтобы суммарное сечение здесь составляло 5 мм . Для удобства намотки используют челнок, на котором предварительно размещают требуемое количество провода.

Получившуюся обмотку I изолируют 2-3 слоями стеклоткани или киперной ленты. Затем нелишне проверить всё на наличие короткозамкнутых витков. Для этого обмотку включают в обычную сеть с напряжением 220 В и убеждаются, что ток в цепи обмотки находится в пределах 0,3-0,5 А, Если замеренное значение превышает указанное, то ничего не остается, кроме как более аккуратно перемотать все 220 витков.

Вторичную обмотку II выполняют уже проводом сечением 35 мм3. Витков у неё поменьше, всего 60. А в качестве провода здесь вполне подойдёт медная или алюминиевая шина с надёжной изоляцией.

Рядом с обмоткой II на магнитопроводе размещают обмотку III, которая также содержит 60 витков, но уже - провода марки ПЭВ-2 диаметром 2,5 мм. А вот у обмотки IV - 40 витков ПЭВ-2 0,7 мм. Причём предусмотрен отвод от середины.
Изолируются все вторичные обмотки так же основательно, как и первичная.

После окончательной намотки следует снова испытать трансформатор на холостом ходу. Методика здесь практически та же. Отличие лишь в том, что при указанном ранее значении тока на обмотках II и III должно быть напряжение 220 В, на обмотке IV - 40В.
В основе блока электронной регулировки тока лежит схема аналогичного устройства промышленного изготовления ТС-200. Монтаж выполняется печатным или навесным способом. Но в любом случае для этого блока предусматривается надёжный корпус.
Трансформатор Т2 наматывается на магнитопроводе Ш16 с толщиной набора 16 мм. Обмотка I содержит 140 витков провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм. У II- всего 70 витков ПЭВ-2 0,1 мм, а у III и IV - по 90 витков ПЭВ-2 0,5 мм.

Рис.2. Самодельное сварочный трансформатор в сборе:

1 - трансформатор, 2 - радиатор (2 шт.), 3 - тиристор (2 шт.), 4 - пластина верхняя, 5 - брусок, 6 - ручка для переноски, 7 - панель блока регулировки, 8 - потенциометр R-12, 9 - болт М12 с гайкой (2 шт., для крепления сварочного кабеля), 10 - болт М12 стяжной с гайкой и шайбами, 11 - пластина нижняя, 12 - скоба крепления сетевого кабеля, 13 - кабель сетевой.

Резисторы R1...R9 - типа МЛТ-0,5. В качестве R10 и R11 как нельзя лучше подойдут МЛТ-2, а для R12 - СП2-6А. Конденсаторы С1 и С3 целесообразнее использовать типа К50-6. А что касается С2 и С4, то здесь предпочтительнее К73. Тиристоры VS1 и VS2 - ТЛ-200 или им подобные. Устанавливаются на теплоотводах с общей поверхностью 1000 мм3 каждый.
Блок, собранный из исправных деталей и без ошибок, в наладке не нуждается. Ну а если что-то вдруг не заладится - проверьте монтаж. Обратите внимание на правильность подсоединения обмоток у трансформатора Т2 и на соблюдение указанной в схеме полярности.

Работу блока можно легко проверить с помощью осциллографа. Для этого выходы 4-5 и 6-7 нагружают резисторами сопротивлением по 50 Ом и мощностью 0,5 Вт. Подсоединив прибор сначала к одному выходу, а затем - к другому, убеждаются, что перемещением движка резистора R12 изменяется скважность импульсов.

При отсутствии осциллографа работоспособность блока можно проверить и с помощью вольтметра переменного тока. Причём не подключая обмотку III При правильной работе блока с изменением сопротивления резистора R12 напряжение в точках 9-10 должно плавно меняться от 0 до 60 В.

Возможный вариант конструкции «сварочника» представлен на иллюстрации. Трансформатор Т1 закреплён, как это хорошо видно, на круглом 400-мм основании из 10-мм текстолита или 15-мм фанеры. Причём под него следует подложить два бруска из твёрдого дерева сечением 30x30 мм и длиной 350 мм - для надлежащей циркуляции воздуха, улучшения охлаждения. К основанию трансформатор крепится при помощи стяжного болта М12 соответствующей длины и такой же, как и снизу, пластины. Сверху на радиаторах размещаются тиристоры.

Ручки для переноски трансформатора изготавливаются из стальной трубы диаметром 0,5 дюйма. На них крепятся две текстолитовые пластины толщиной 5 мм. Одна из них служит для установки блока регулировки тока, потенциометра R12, а также подсоединяемого на болтах М12 сварочного кабеля. На второй пластине закреплены две скобы для намотки сетевого кабеля после окончания работы. Здесь же можно установить и автоматический выключатель, рассчитанный на ток не менее 25 А.

Впрочем, конструкция сварочного агрегата может быть и другой. Его, например, легко разместить в «целостном» корпусе (предусмотрев, соответственно, специальные вентиляционные отверстия или даже малогабаритный вентилятор для обдува). Однако как бы при этом не ухудшился тепловой режим! Ведь даже в конструкции «свободно продуваемого» трансформатора, которая изображена на рисунке, приходится после каждого часа работы предусматривать 10-минутный перерыв.

Сварку производят электродами марки Э-5РА УОНИ-13/55-2,5 УД-1. Диаметр, как уже указывалось,- от 2 до 5 мм. Вставляют нужный электрод в надёжный и удобный электрододержатель (см. описания таковых в № 11'87, 1'90, 10'94 журнала "Моделист конструктор"), включают названные выше устройства - и за дело. Естественно, с соблюдением техники безопасности.
С технологией же сварки можно ознакомиться в соответствующих пособиях.