Регулировка сварочного тока по вторичной обмотке
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.
В качестве VT1, VT2 хорошо зарекомендовали себя транзисторы старого образца типа П416, ГТ308. Вполне реальна замена их более современными маломощными высокочастотными, имеющими близкие параметры.
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.
Способы регулировки сварочного тока
Качество сварного шва в значительной мере зависит от характеристик электрической дуги. Для каждой толщины металла, в зависимости от его вида требуется определенной силы сварочный ток.
Кроме этого, важна вольтамперная характеристика аппарата для сварки, от этого зависит качество электрической дуги. Для резки металла тоже требуются свои значения электротока. То есть любой сварочный аппарат должен обладать регулятором, управляющим мощностью сварки.
Способы регулирования
Управлять током можно по-разному. Основные способы регулирования такие:
- введение резистивной или индуктивной нагрузки во вторичную обмотку сварочного аппарата;
- изменение количества витков во вторичной обмотке;
- изменение магнитного потока аппарата для сварки;
- использование полупроводниковых приборов.
Схематических реализаций этих способов множество. При изготовлении аппарата для сварки своими руками каждый может выбрать себе регулятор по вкусу и возможностям.
Резистор или индуктивность
Регулировка сварочного тока с использованием сопротивления или катушки индуктивности является самой простой и надежной. К держателю сварочных электродов последовательно подключают мощный резистор или дроссель. За счет этого меняется активное или индуктивное сопротивление нагрузки, что приводит к падению напряжения и изменению сварочного тока.
Регуляторы в виде резисторов применяют для улучшения вольтамперной характеристики сварочного аппарата. Используется набор мощных проволочных сопротивлений или один резистор, выполненный из толстой нихромовой проволоки в виде спирали.
Для изменения сопротивления специальным зажимом их подключают к определенному витку провода. Резистор выполняется в виде спирали для уменьшения габаритов и удобства использования. Номинал резистора не должен превышать 1 Ом.
Переменный ток в определенные моменты времени имеет нулевые или близкие к нему значения. В это время получается кратковременное гашение дуги. При изменении промежутка между электродом и деталью может произойти прилипание или полное ее гашение.
Для смягчения режима сваривания и соответственно получения качественного шва применяют регулятор в виде дросселя, который включается последовательно с держаком в выходной цепи аппарата.
Дополнительная индуктивность вызывает сдвиг фаз между выходным током и напряжением. При нулевых или близких к нему значениях переменного тока напряжение имеет максимальную амплитуду и наоборот. Это позволяет поддерживать стабильную дугу и обеспечивает надежное ее зажигание.
Дроссель можно изготовить из старого трансформатор. Используется только его магнитопровод, все обмотки удаляются. Вместо них наматывают 25-40 витков толстого медного провода.
Данный регулятор был широко распространен при использовании трансформаторных аппаратов переменного тока благодаря своей простоте и наличию комплектующих. Недостатками дроссельного регулятора сварочного тока являются небольшой диапазон управления.
Изменение количества витков
При этом методе регулировка характеристик дуги осуществляется благодаря изменению коэффициента трансформации. Коэффициент трансформации позволяют изменить дополнительные отводы из вторичной катушки. Переключаясь с одного отвода на другой можно менять напряжение в выходной цепи аппарата, что приводит к изменению мощности дуги.
Регулятор должен выдерживать большой сварочный ток. Недостатком является трудность нахождения коммутатора с такими характеристиками, небольшой диапазон регулировок и дискретность коэффициента трансформации.
Изменение магнитного потока
Данный способ управления используется в трансформаторных аппаратах сварки. Изменяя магнитный поток, меняют коэффициент полезного действия трансформатора, это в свою очередь меняет величину сварочного тока.
Регулятор работает за счет изменения зазора магнитопровода, введения магнитного шунта или подвижности обмоток. Изменяя расстояние между обмотками, меняют магнитный поток, что соответственно сказывается на параметрах электрической дуги.
На старых сварочных аппаратах на крышке находилась рукоятка. При ее вращении вторичная обмотка поднималась или опускалась за счет червячной передачи. Этот способ практически изжил себя, он использовался до распространения полупроводников.
Полупроводниковые приборы
Создание мощных полупроводниковых приборов, способных работать с большими токами и напряжениями, позволило разработать сварочные аппараты нового типа.
Они стали способны менять не только сопротивление вторичной цепи и фазы, но и изменять частоту тока, его форму, что также влияет на характеристики сварочной дуги. В традиционном трансформаторном сварочном аппарате используется регулятор сварочного тока на базе тиристорной схемы.
Регулировка в инверторах
Сварочные инверторы – это самые современные аппараты для электродуговой сварки. Использование мощных полупроводниковых выпрямителей на входе устройства и последующей трансформации переменного тока в постоянный, а затем в переменный высокой частоты позволил создать устройства компактные и мощные одновременно.
В инверторных аппаратах основным регулятором является изменение частоты задающего генератора. При одном и том же размере трансформатора мощность преобразования напрямую зависит от частоты входного напряжения.
Чем меньше частота, тем меньшая мощность передается на вторичную обмотку. Ручка регулировочного резистора выводится на лицевую панель инвертора. При ее вращении изменяются характеристики задающего генератора, что приводит к изменению режима переключения силовых транзисторов. В итоге получается требуемый сварочный ток.
При использовании инверторных сварочных полуавтоматов настройка происходит так же, как и при использовании ручной сварки.
Кроме внешних регуляторов в блоке управления инвертором предусмотрены еще много различных управляющих элементов и защит, обеспечивающих стабильную дугу и безопасную работу. Для начинающего сварщика лучшим выбором будет инверторный аппарат для сварки.
Применение тиристорной и симисторной схемы
После создания мощных тиристоров и симисторов их стали использовать в регуляторах силы выходного тока в сварочных аппаратах. Они могут устанавливаться в первичной обмотке трансформатора или во вторичной. Суть их работы заключается в следующем.
На управляющий контакт тиристора со схемы регулятора поступает сигнал, открывающий полупроводник. Длительность сигнала может изменяться в больших пределах, от 0 до длительности полупериода тока протекающего через тиристор.
Управляющий сигнал синхронизирован с регулируемым током. Изменение длительности сигнала вызывает обрезание начала каждого полупериода синусоиды сварочного тока. Увеличивается скважность, в результате средний ток уменьшается. Трансформаторы очень чувствительны к такому управлению.
Такой регулятор имеет существенный недостаток. Время нулевых значений увеличивается, что приводит к неравномерности дуги и ее несанкционированному гашению.
Для уменьшения негативного эффекта дополнительно приходится вводить дроссели, которые вызывают фазовый сдвиг между током и напряжением. В современных аппаратах данный метод практически не используются.
Регулятор тока для сварочного аппарата
ОБОРУДОВАНИЕ
Введение в схему аппарата регуляторов для сварки положительно влияет на работу оборудования. Однако каждое устройство имеет недостатки, которые необходимо изучить заранее.
Любое отклонение настроек агрегата от нормы негативно сказывается на качестве шва. Существуют регуляторы, меняющие силу тока, направление магнитного потока, напряжение.
Общая информация
Залог высокого качества шва – правильная настройка параметров электротока. Опытные сварщики работают с деталями разной толщины. При этом мало выставить стандартные значения минимума или максимума.
Требуется тонкая регулировка с точностью до ампера. Для этого в конструкцию аппарата включают дополнительное устройство. Его называют регулятором тока.
Как производится регулировка тока сварочного аппарата
Настройка параметров агрегата обеспечивает не только высокое качество шва, но и удобство выполнения работ. Регулировка дает возможность правильно выбрать тип и диаметр электрода для каждого случая.
Выбор режима работы меняют механически или автоматически.
Во втором случае нужны сложные симисторные или тиристорные схемы. При наличии таких компонентов ремонт аппарата вызывает затруднения, его можно выполнять только в условиях специальной мастерской.
Настраивать аппарат можно разными методами.
Самыми распространенными считаются:
- повышение индуктивной или резистивной нагрузки на обмотку агрегата;
- уменьшение или увеличение числа витков;
- перенаправление магнитного потока оборудования;
- введение полупроводниковых систем.
Вариантов реализации этих схем много. При самостоятельной сборке аппарата каждый сварщик выбирает регулирующее устройство по возможностям.
Введение резистивной или индуктивной нагрузки
Это самый простой способ регулирования. К держателю подсоединяют дроссель или резистор. Это помогает менять индуктивность, влияющую на силу тока и напряжение.
Резисторные приборы улучшают характеристики агрегата. Для изготовления регулятора нужен набор проволок или прочная нихромовая спираль. Чтобы уменьшить или увеличить сопротивление, эти устройства подсоединяют к нужному витку обмотки.
Регулятор-дроссель обеспечивает многоступенчатую настройку. Его подключают к цепи после держателя. Индуктивная нагрузка создает разность между током и напряжением.
При минимальных значениях силы напряжение приобретает максимальную амплитуду. Такие параметры способствуют поддержанию стабильной дуги.
Изготовление дросселя своими руками
Этот элемент получают из ненужного трансформатора. Требуется только магнитопровод, поэтому обмотки снимают. После этого накручивают 30-40 витков медной толстой жилы.
Такой регулятор подойдет для изменения рабочих параметров трансформаторного агрегата. Элемент прост и ремонтопригоден. Недостатком считают слишком большой шаг настройки.
Такой способ действует благодаря повышению или уменьшению показателя трансформации. Для этого используют вспомогательные отводы вторичной обмотки.
Переключение между элементами помогает менять рабочее напряжение, мощность дуги. Регулятор способен работать с высокими силами электротока. Недостатками считают сложность приобретения коммутатора с требуемыми характеристиками, малый диапазон настроек.
.jpg)
Изменение магнитного потока аппарата для сварки
Метод предназначен для работы с трансформаторными агрегатами. Меняя магнитный поток, увеличивают КПД аппарата. Это помогает регулировать значение тока.
Агрегат настраивают за счет увеличения зазора, встраивания шунта или повышения подвижности обмоток. Добавляя или сокращая расстояние между катушками, наращивают мощность дуги.
Прежде аппараты снабжались специальной рукояткой. При ее повороте обмотка поднималась либо опускалась. Этот метод устарел и сейчас почти не применяется.
Мощные полупроводниковые приборы
Создание устройств, рассчитанных на высокие напряжение и силу тока, помогло разработать усовершенствованные сварочные аппараты. Регуляторы меняют не только сопротивление.
Они позволяют влиять на значения электричества, улучшать характеристики дуги. В классическом сварочном трансформаторе применяют тиристорные регулирующие приборы.
.jpg)
Регулировка в сварочных инверторах
Такие агрегаты характеризуются лучшими рабочими параметрами, компактными размерами. Силу тока в этих аппаратах регулируют, меняя частоту генератора. При снижении этого параметра уменьшается передаваемая обмотке мощность.
Ручка регулятора располагается на передней панели аппарата. Вращением ручки изменяют параметры работы генератора. В результате сварочная дуга приобретает нужные характеристики. Инверторные аппараты настраивают так же, как ручные.
Помимо регулировочной ручки, управляющий блок инвертора снабжается дополнительными средствами защиты и настройки. Они помогают поддерживать устойчивую дугу, делают сварку безопасной.
.jpg)
Изготовление регулятора сварочного тока
Простое устройство можно собрать из мощных проволок, используемых в подъемных механизмах. При отсутствии такого материала регулятор изготавливают из дверной пружины.
Такое сопротивление подключают стационарным или съемным способом. Один конец пружины подсоединяют к выходу трансформатора. Другую сторону снабжают зажимом, который может перемещаться по спирали.
Лучшим вариантом считается нихромовая проволока. Из нее изготавливают открытые спирали, устанавливаемые на длинный каркас. Под воздействием тока деталь создает вибрации.
Снизить их выраженность помогают растягивание спирали, увеличение толщины основания. Сгибание проволоки змейкой уменьшает размер резистора.
Необходимые элементы
При сборке регулятора могут потребоваться:
- стальная пружина;
- нихромовая спираль;
- шнур;
- переключатель;
- резистор;
- катушка;
- готовая схема сборки.
Схема тиристорного и симисторного регулятора тока
Такие элементы использовались в старых сварочных аппаратах. Их встраивали в первичную или вторичную обмотку трансформатора.
Принцип действия приборов таков:
- Управляющий элемент тиристора получает сигнал от регулятора. Это способствует открытию полупроводника. Диапазон длительности сигналов широк.
- Увеличение параметра способствует изменению времени начала полупериода электротока. Из-за этого его средняя сила снижается или повышается.
Главным недостатком схемы является увеличение времени нулевых значений. Дуга укорачивается, гаснет в процессе сварки. Для устранения такого эффекта в цепь включают дроссели.
.png)
Способы измерения сварочного тока
Для оценки рабочих параметров аппарата требуются специфические устройства, которые редко применяются в быту.
Токоизмерительные клещи
Самый простой измерительный инструмент. Встраивать его в электрическую цепь не нужно. Силу тока меряют на расстоянии, не касаясь провода. Разводящийся контур инструмента охватывает кабель.
На корпусе расположен переключатель диапазонов измерения, максимальное значение составляет 500 А. Клещи можно использовать в любой ситуации.
Инструмент не воздействует на электрическую цепь аппарата. Он подходит только для измерения переменного тока. В остальных случаях клещи бесполезны.
Амперметр
Встраивание этого прибора в электрическую цепь помогает получать более точные результаты измерений.
При подключении учитывают такие особенности:
- В цепь встраивают не само устройство, а его шунт. Стрелочный указатель подключают к резистору параллельно.
- Шунт имеет собственное сопротивление. Однако замерить его стандартным омметром не получится.
- Для каждого амперметра предназначен резистор своего сопротивления. Чаще всего устройства продаются в комплекте.
- Амперметр не должен реагировать на колебания, возникающие при изменении параметров тока. В противном случае стрелка будет хаотично двигаться при горении дуги.
Дополнительная информация
При сборке регулятора для сварочного агрегата стоит использовать тонкое текстолитовое основание. Это упрощает процесс монтажа. Все электронные компоненты, спирали и проводники нужно изолировать друг от друга.
В противном случае повышается вероятность короткого замыкания. При правильной сборке регулирующего прибора дополнительная настройка не требуется. Однако перед началом эксплуатации проверяют работоспособность транзисторов.
Читайте также: