Импульсный электродуговой сварочный аппарат
Обновлено: 12.05.2024
Какой домашний мастер, а тем более автолюбитель, не мечтает иметь в своем распоряжении малогабаритный сварочный аппарат постоянного тока да еще с функцией заряда аккумуляторных батарей.
Рассмотрим основные требования к аппаратам подобного рода.
Источник напряжения сварочного аппарата должен обладать хорошими динамическими характеристиками. Рабочее напряжение на дуге должно быстро устанавливаться и изменяться в зависимости от длины дуги, обеспечивая ее устойчивое горение.
Для постоянного тока достаточно напряжение зажигания 30 — 40 В, в то время как для переменного необходимо напряжение 40 — 60 В.
Время восстановления рабочего напряжения при коротком замыкании от 0 до 30 В не должно превышать 50 мс. Ток КЗ (короткого замыкания) не должен превышать рабочий более, чем на 25 — 100%.
При ручной дуговой сварке внешняя характеристика рис.1, источника тока должна быть падающей, т.е. напряжение должно уменьшаться с увеличением тока.
| Максимальный сварочный (зарядный) ток: |
| - при двух ключах регулятора, А ……………………. 40 (30); |
| - при трех ключах, А …………………………………. 60 (40); |
| Напряжение холостого хода, В ………………………. 36 |
| Минимальный ток заряда, А …………………………… 1 |
| Коэффициент полезного действия, не менее ………. 0,8 |
При крутой динамической характеристике источника питания динамические токи КЗ значительно меньше (они близки к статическим токам КЗ) и при удлинившейся дуге образуется стабильная рабочая точка.
Всем вышеперечисленным требованиям в полной мере соответствует источник напряжения, выполненный по схеме генератора тока. Свойства такой конструкции в полной мере подходят и для зарядного устройства. Исходя из вышеизложенного и разработан сварочный аппарат, схема которого представлена на рис.2.
С целью уменьшения нагрузки на диоды моста сетевого выпрямителя при включении сети применено устройство заряда конденсатора, разработанное Б. Журавлевым и С. Эраносяном.
Отличительная особенность устройства состоит в том, что формирователь импульса запуска тиристора обеспечивает его срабатывание при минимальном напряжении на переходе анод-катод, т.е. синхронно с переходом сетевого напряжения через нуль.
Схема работает следующим образом
До запуска преобразователя напряжение на конденсаторе С 13 отсутствует, тиристор закрыт и заряд конденсатора фильтра С6 происходит через ограничительный резистор R6.
Как только конденсатор С6 зарядится до напряжения запуска преобразователя, появиться напряжение на С 13 и первым же синхроимпульсом с VD6 через дифференциальную цепочку С9, R7 запустится одновибратор на транзисторах VT2, VT3.
При этом на управляющий электрод VS1 поступит открывающее его напряжение с конденсатора С13 через элементы R19, VT3. Бросок тока зарядки конденсатора фильтра не превышает 15 А.
Элементы L2, VD5, С8, R4 служат для ограничения броска тока через силовые транзисторы преобразователя в моменты зажигания дуги. Величину резистора R4 рассчитывают из соотношения:
R4 = Uн/0,8*Imax - Iн' = 300/0,8 х 24 - 5 = 22 Ом, где
Imax — максимальный допустимый импульсный ток коллектора силового транзистора;
Iн' — приведенный к входному напряжению Uн ток нагрузки преобразователя.
Ток, потребляемый преобразователем, рассчитывают по формуле:
Iн' = Pн/Uпn = UнIн/Uпn = 20x60x/300x0,8 = 0,5A, где
Рн — выходная мощность аппарата,
n — КПД;
Uн = 20В (напр. на дуге).
Мощность, выделяющаяся на резисторе R4, определяется выражением:
Ic=Iн — ток разряда конденсатора С8;
j — коэффициент заполнения импульсов.
Преобразователь аппарата выполнен по полумостовой схеме с самовозбуждением и коммутирующим насыщающимся трансформатором. Пропорционально-токовое управление способствует повышению КПД устройства за счет повышения быстродействия коммутационных процессов.
Посмотрите подробное руководство по сборке дугового сварочника с импульсным питанием. Отличается отсутствием тяжелого понижающего трансформатор.
Отличительная особенность заключается в том, что включение и выключение силовых высоковольтных транзисторов преобразователя осуществляется в режиме разомкнутых ключей K1, K2, (К3) регулятора, т.е. на холостом ходу во всем диапазоне нагрузок, что значительно повышает надежность устройства за счет исключения сквозных токов, повышает КПД и уменьшает импульсные помехи.
Регулировка тока нагрузки осуществляется длительностью импульсов с помощью схемы управления (СУ), выполненной на DD1, DD2. При этом силовые транзисторы регулятора используются в режиме насыщения с минимальными потерями мощности. На элементах DD1.1, R18, VD10, VD12 выполнен формирователь меандра, синхронного с частотой преобразования. Далее по фронту и по спаду сигнала с помощью диф. цепочек СЗ, R2, С4, R8 и DD2.2 формируются короткие, около 2 мкс, отрицательные импульсы.
За работу схемы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) отвечает одновибратор, выполненный на элементах DD1.2, DD1.3, длительность импульсов которого зависит от состояния транзистора VT1.
Управляющее напряжение на базу этого транзистора поступает от преобразователя ток-напряжение (ПТН), выполненного на операционном усилителе DA1 и шунте R38 (75ШСМЗ-50-0,5; падение напряжения 75 мВ при токе нагрузки 50А). Минимальный ток зависит от чувствительности ПТН и настраивается с помощью резистора R36.
Максимальный ток ограничивают подбором резистора R13. Устройство пригодно для зарядки любых аккумуляторов напряжением от 6 до 24 В, так как является генератором тока.
Напряжения в характерных точках показаны на рис.3. Работа ключей регулятора описана в [3] и особенностей не имеет.
Для удобства пользования в устройстве предусмотрено два поддиапазона регулировки тока. Катушка трансформатора Т1 выполнена бескаркасной. Обмотка I отделена от остальных тремя слоями лакоткани. Обмотку II мотают в два провода, как показано на рис.4.
Таким образом, получают четыре обомотки, после чего их прозванивают и принадлежащие к одной полуобмотке соединяют параллельно. Отвод получают соединением конца одной полуобмотки с началом другой.
Действующее (эффективное) значение тока вторичной обмотки со средней точкой
Принимаем плотность тока J-6A/мм2 Тогда сечение провода S=Iэ/j=43/6=7мм2. С целью уменьшения эффекта вытеснения тока, а также получения достаточной гибкости разбиваем проводник на 16 проводов.
откуда диаметр провода Д-0,74 мм (принимаем Д-0,8 мм). Моточные данные трансформаторов сведены в табл.1.
Импульсно-дуговая сварка: суть, виды, сфера применения, алгоритм, достоинства и недостатки метода
Импульсно-дуговая сварка – это вид дуговой сварки, при котором на дежурную дугу накладываются импульсы большего тока. Метод применим при сварке как в среде защитных газов, так и плавящимися и неплавящимися электродами.
Технология импульсно-дуговой сварки
Импульсно-дуговая сварка осуществляется посредством сварочного оборудования, предполагающего возможность наложения на постоянную дугу импульса, превосходящего в разы по силе тока показатели дежурной дуги.
Импульсно-дуговая сварка происходит, согласно следующему алгоритму:
- на фоне базового тока импульсом высокой мощности происходит расплавление конца электрода и формирование на его конце капли нужного размера;
- далее сформированная капля отделяется и переносится на металлическую заготовку;
- сила тока падает до базового значения, позволяющего поддерживать дежурную дугу;
- происходит осаждение металла в сварочной ванне;
- далее следует повторение данного процесса.
Преимущества и недостатки
Импульсно-дуговой способ сварки разрабатывался как более универсальная и производительная альтернатива дуговому способу. Среди его достоинств можно назвать:
- исключение возможного брака в виде прожогов и несплавлений;
- отсутствие разбрызгивания металла во время сварочного процесса;
- экономичный расход сварочной проволоки и электродов;
- возможность сварки разных по составу металлов;
- благодаря малому числу возникающих дефектов, значительно упрощена обработка сварных швов.
Недостаток импульсно-дугового способа сварки: данный способ неприменим для больших сварочных объемов.
Сфера использования
Изначально данный способ был придуман для сварки нержавеющий стали. Его первое применение – строительство в 1932 году американского поезда Pioneer Zephyr, где применение сваренной этим способом нержавеющей стали позволило сократить вес состава, а, значит, увеличить его скоростные параметры.
Позже выяснилось, что импульсно-дуговая сварка может успешно применяться при соединении друг с другом как разных марок сталей, так и цветных металлов: алюминиевых, медных, никелевых сплавов и титана.
Диапазон заготовок, который можно сваривать с помощью импульсного способа сварки – от 1 до 50 мм.
Сейчас импульсно-дуговой способ широко применяется при монтаже трубопроводов разного назначения. Он обеспечивает качественный сварной шов практически без дефектов, хорошо сформированный обратный валик, не требующий зачистки, и достаточную прочность сварного соединения, что является приоритетным для данных видов конструкций.
Виды импульсной сварки и их краткая характеристика
Классификация видов импульсно-дуговой сварки основана на разнице способов преобразования тока для создания импульса. Всего их выделяют четыре: магнитно-импульсный, аккумуляторный, инерционный и конденсаторный.
Магнитно-импульсный вид
Суть данного вида сварки – соединение металлических деталей путем их соударения с использованием в процессе импульсного электромагнитного поля.
В процессе сварки одна деталь остается неподвижной, а вторая приводится в движение электромагнитным полем, генерируемым сварочной установкой. В момент их сближения образуется дуга, которая сваривает заготовки. Магнитно-импульсная сварка актуальна в машиностроении для соединения трубчатых деталей между собой и с другими деталями. Также ее применяют для сварки плоских деталей по их наружному и внутреннему контуру. Магнитно-импульсная сварка может применяться для соединения деталей с диапазоном толщин заготовок 0,5-2,5 мм.
Этот вид сварки не получил широкого распространения из-за сложности технологически-настроечного процесса и быстрого износа сварочного оборудования.
Аккумуляторный вид
В сварочных аппаратах, предназначенных для этого вида сварки, необходимая сила тока для импульса генерируется с помощью щелочных аккумуляторов. Их отличительная конструкционная особенность – низкое значение внутреннего сопротивления, что позволяет выдать ток короткого замыкания, который по силе во много раз превосходит ток стандартной разрядки. Подобный вид сварки на данный момент находится в стадии разработки и широко не применяется.
Инерционный вид
В инерционном виде сварки применяется накопленная энергия вращающегося маховика, который приводится в движение общим валом роторного силового генератора.
Схема сварки трением
В момент сварки скорость движения маховика замедляется, и он трансформирует запасенную кинетическую энергию в форме импульса сварочного тока.
Конденсаторный вид
При конденсаторной сварке импульс, необходимый для сварного процесса, обеспечивается энергией короткого импульса тока при разряде конденсатора. Этот вид сварки имеет ограничения по максимальному сечению свариваемых заготовок. Область его применения – соединение листового металла с крепежными элементами различной конструкции (шпильками, втулками, гвоздями и т. д.). Также он успешно используется в производстве электронных компонентов и приборостроении, где необходимо сваривать между собой мелкие детали и металлы малых толщин.
Особенности и технология импульсной сварки
В современном мире всё большую популярность набирает импульсная сварка. Этот бесконтактный способ соединения металлов был впервые применён почти 90 лет назад. Созданный как альтернатива электродуговому методу, он, по сути, является его подвидом.
Отличие состоит в том, что на постоянный сварочный ток с заданной амплитудой накладываются дополнительные импульсы. Эти выплески энергии могут в несколько раз превышать фоновый ток. Формирование шва происходит последовательно капельным способом. Такая методика исключает разбрызгивание металла и позволяет соединять даже тонкий листовой материал без опаски прожечь его насквозь.
Импульсная сварка: как это работает?
Для этого способа сварки необходим сварочный полуавтомат с функцией импульсного режима. Электроды могут быть как плавкими (MIG), так и неплавящимися (TIG). Сам процесс цикличен с последовательным падением капель присадочного материала в сварочную ванну (один импульс – одна капля). Сварочный аппарат трансформирует сетевое напряжение в постоянное и выпрямляет ток, затем с заданной амплитудой увеличивает частоту.
В фоновом режиме подаётся постоянный сварочный ток, задача которого - поддерживать устойчивую дугу. Во время резких скачков нагрузки конец присадочной проволоки плавится. Электродинамические силы истончают шейку образовавшейся капли, и жидкий металл под действием своего веса падает на соединяемые поверхности, формируя шов. Затем сила тока мгновенно падает до дежурного значения. В этот промежуток времени температура в сварочной ванне снижается и металл застывает. Далее процесс повторяется.
Паузы между вспышками можно регулировать настройками аппарата. Это обеспечивает возможность выбора разных режимов сварки и контроль параметров образующегося шва.
Виды импульсно-дуговой сварки
Преобразование тока, в процессе которого создаётся импульс, может достигаться разными способами:
Каждому из них свойственны свои особенности, о которых стоит рассказать подробнее.
Аккумуляторный способ преобразования тока
Сварочные аппараты, поддерживающие такой тип импульсной дуговой сварки, дополнительно оснащены щелочной аккумуляторной батареей. Она генерирует в себе необходимое для импульса количество тока. Специфика такого аккумулятора заключается в низком внутреннем сопротивлении. За счёт этого выдаваемое напряжение может во много раз превышать получаемое. А короткие замыкания, нужные для возникновения импульсов, быстро нейтрализуются.
Пока аккумуляторное преобразование тока применяется не слишком широко. Основная причина недостаточной популярности – громоздкость конструкции. Но метод удобный и перспективный, поэтому ведутся активные разработки по его совершенствованию.
Конденсаторное преобразование энергии
На этой технологии было основано появление самых первых аппаратов для импульсной сварки. Она уходит корнями в 30-е годы прошлого столетия.
Здесь импульс возникает за счёт мощного разряда, выдаваемого конденсаторной батареей. При этом максимальное значение тока может превышать отметку в 100 тыс. ампер. Импульсные агрегаты позволяют точно дозировать электроэнергию, нужную для скачка напряжения. Большой диапазон выдаваемой силы тока позволяет настроить аппарат под максимально подходящие для сварочного процесса значения.
Область применения ограничивается сечением свариваемых изделий. При этом толщина одной из деталей не должна превышать возможности аппарата, а другая, привариваемая к ней, может иметь любую толщину. Поэтому на заре появления конденсаторного метода его использовали для соединения листового металла и приваривания к нему различного крепежа. Сейчас конденсаторная импульсная сварка широко применяется в производстве электроники и в приборостроении, там, где важна максимальная точность. Метод идеально подходит для сварки нержавейки и алюминия.
Магнитно-импульсный способ
Оборудование для сварки магнитно-импульсным способом работает на принципе преобразования электрической энергии в механическую. При этом возникает магнитное поле, соединяющее детали под действием высокого давления. Большая сила сжатия и температура создают сварочный шов. В основе процесса лежат электромеханические свойства вихревого тока.
Процесс происходит так: первая деталь закрепляется неподвижно, а вторую перемещает электромагнитное поле, которое генерируется сварочным аппаратом. Когда заготовки сближаются, возникает скрепляющая их сварочная дуга.
Магнитно-импульсный способ широко применяются машиностроительными производствами. Он позволяет сваривать трубчатые детали друг с другом или с плоскими поверхностями, а также соединять листовой металл по контурам. В быту или на малых предприятиях магнитно-импульсная сварка применяется крайне редко. Процесс настройки и технология сложны, а оборудование быстро изнашивается.
Инерционная импульсная сварка
Генератор такого сварочного устройства имеет мощный маховик, который раскручивается электродвигателем. В процессе раскручивания накапливается необходимое значение кинетической энергии. В момент снижения скорости вращения, возникает инерционный резонанс и трансформируется в импульс сварочного тока. В качестве сварочного аппарата служит импульсный инвертор.
Технология импульсной сварки
Для импульсной сварки используются аппараты инверторного типа. Чтобы расплавленный металл не контактировал с воздухом, в область сварочной ванны подаётся защитный газ. Благодаря этому металл не вступает в реакцию с кислородом и не окисляется.
Суть импульсно-дуговой сварки заключается в контролируемом переносе металла с присадочной проволоки или плавкого электрода на стык свариваемых поверхностей. Процесс протекает циклично:
Сила тока резко увеличивается. Основной материал плавится, образуя точечную сварочную ванну.
Происходит уменьшение силы тока. Металл остывает, начинает затвердевать от краёв к центру шва.
Происходит повторение цикла.
Шов получается ровным и качественным. Его не приходится зачищать от окислов и застывших брызг. Каждый импульс переносит в сварочную ванну только одну каплю присадочного материала. При этом его параметры легко менять. Частота тока может варьироваться от 0,5 до 300 Герц.
Алгоритм импульсной сварки
Некоторые современные инверторы имеют синергетический (импульсный) режим работы. В процессе сварки сила и напряжение тока с заданным ритмом меняются от нижнего значения к верхнему. Для настройки импульсной частоты доступен диапазон от 0,5 до 300 Гц. С её увеличением сужается дуга и уменьшается размер зёрен, шов получается более узким, увеличивается глубина проварки. Снижение частоты позволяет лучше контролировать процесс.
Синергетический режим даёт шов, образованный соединёнными внахлёстку точками. Сварочная ванна получается меньшего размера, чем в случае с постоянным током, но её глубины хватает для обеспечения хорошего провара. Максимальный эффект достигается при достаточной разнице температур между импульсом и фоновым током.
Настройка алгоритма происходит изменением величин тока импульса и паузы и их продолжительности. Фоновый ток выбирается меньшего значения, чем минимально рекомендованный для плавки свариваемого металла. Во время паузы между вспышками сварочная ванна должна успеть остыть и кристаллизоваться. А величина тока импульса должна обеспечивать оптимальное плавление. При этом следует учитывать свойства свариваемого материала.
Преимущества
Плюсов у импульсно-дугового метода много:
Качественный плотно сформированный сварочный шов, который не приходится впоследствии зачищать.
Варить можно любой металл, включая алюминий и нержавеющую сталь. Более того, таким способом можно соединять между собой разные по химическому составу сплавы.
Для работы потребуется минимальное количество дополнительного оборудования.
Дугу и форму сварочной ванны легко контролировать. Этому способствует и то, что рабочую зону не заволакивает дымом.
Металл капает на шов направленно, нет разбрызгивания, экономится присадочный материал.
Тепловложение значительно ниже, чем при обычной сварке. Детали не деформируются под действием высокой температуры. Можно работать даже с тонкой листовой сталью без риска её прожечь.
От сварщика не требуется высокая квалификация, красивый «чешуйчатый» шов может получиться даже у новичка.
Недостатки
Считается, что метод импульсной сварки узкоспециализирован. В режиме ТИГ производительность не так высока, как хотелось бы, а при МИГ-сварке предъявляются высокие требования к защитным газам. К тому же необходимое дополнительное оборудование делает покупку более затратной.
Преобразователь энергии в импульсном режиме склонен к перегреву. Поэтому во время активной работы стоит задуматься о дополнительном охлаждении. Этот же факт исключает возможность непрерывной работы с большими объёмами.
Консервативные сварщики критикуют импульсный метод за то, что параметры сварочной ванны задаются настройками на аппарате, нет возможности полноценно чувствовать процесс. Хотя это дело индивидуальной привычки.
Ещё одной причиной недовольства может стать необходимость подбора режимов под каждый конкретный случай. Но современные сварочные аппараты могут быть оснащены множеством готовых программ, подходящих для разных задач.
Сфера применения
Импульсная аргонодуговая сварка незаменима в тех случаях, когда приходится вести шов вертикально или в перевёрнутом (потолочном) состоянии, когда мешает сила притяжения. Дома или в небольших мастерских бывает, что свариваемые металлы не блещут качеством, если добавить в процесс импульсы – работать станет проще.
Изначально импульсная сварка в среде аргона создавалась для работы с нержавеющей сталью и с этой задачей она справляется как нельзя лучше. Этим же способом можно успешно варить алюминий. Но особенно ценно то, что импульсно-дуговой метод позволяет соединять между собой разные виды цветных металлов и стали с отличающимся химическим составом. Толщина материалов, с которыми можно работать, составляет от 0,5 до 50 мм.
Аппараты для импульсной сварки
В интернете много информации о том, как своими руками собрать аппарат для сварки импульсным током. Обладая соответствующими знаниями, сделать это не сложно. Но функционал и возможности такой техники будут посредственными. Цена запчастей и затраченное время вряд ли оправдаются в полной мере.
Гораздо выгодней купить универсальный сварочный инвертор, позволяющий работать как с постоянным током, так и с импульсным. К таким агрегатам относится установка аргонодуговой сварки КЕДР MULTITIG-2000P DC. Его функционал позволяет решать даже сложные задачи. Это универсальный аппарат, подходящий для сварки всех типов материалов – от легированной стали до алюминия, нержавейки, никеля и титана. При этом компактный размер позволяет использовать его в труднодоступных местах и на высоте.
Режим импульсного тока: нюансы настройки сварочного аппарата
Рассмотрим выбор режимов на примере вышеупомянутого аппарата аргонодуговой сварки КЕДР MultiTIG-2000P DC. Аппарат имеет широкий выбор настроек, подходящих как для новичка, так и для профессионала. Настройка выполняется регулятором, расположенным на панели управления. Режим импульсной TIG-сварки позволяет менять параметры пикового и базового тока, баланса и частоты импульса.
Настройкой импульсного и фонового тока задают амплитуду колебаний напряжения в процессе аргоновой ТИГ-сварки в пределах от 5 до 200 Ампер. Это позволяет контролировать тепловложение и глубину проплавления.
Баланс импульса – это соотношение длительности импульсного и базового тока. Он также влияет на величину тепловложения в основной металл. Регулируется в пределах от 5 до 95 %.
Частота импульса напрямую влияет на скорость работы и глубину проплавления. Пределы регулировки от 0,5 до 200 Гц.
Стоит ли осваивать метод импульсной сварки? Если вы используете сварочный аппарат для бытовых нужд пару раз в год, то возможно в этом нет нужды. Во всех остальных случаях — однозначно да. Сегодня это один из самых перспективных методов. Импульсную сварку всё чаще используют в мастерских, автосервисах и на небольших производствах. При работе с тонкостенными металлами, а так же там, где необходимо накладывать вертикальные и потолочные швы — это самый оптимальный выбор.
Импульсный электродуговой сварочный аппарат
В нашем коллективе давно витала идея создания небольшого, компактного, лёгкого, но в то же время приемлемого по параметрам сварочного аппарата. Однако, наша частичная безграмотность и неосведомлённость не позволяла нам решить проблему, так сказать, "с ходу".
Единственное, что мы знали, что напряжение холостого хода у всех "обычных" аппаратов - около 60-ти вольт, а токи достигают 150-200 ампер.
Но. но тут мы узнали, что идея наша не нова, и некоторые уже для себя её давным давно решили. Одним умельцем был изготовлен электродуговой сварочный аппарат, который при токе сварки от 30-ти до 80-ти ампер имел вес всего 7.5 кг и запросто умещался в дипломате.
Некоторые скажут: "Маловато! Маловато будет!". А что, для того, чтобы варить автомобиль вполне достаточно, да и забор на даче в случае чего подварить хватает.
Главное, что этот аппарат можно было подключать в обычную бытовую розетку ~220 вольт! (Его КПД - больше 85%).
Этот сварочный аппарат послужил прообразом для воплощения нашей идеи.
Естественно, что в первоначальную схему было внесено масса изменений.
Во-первых, возбуждение преобразователя было сделано от внешнего генератора (в той схеме преобразователь "самовозбуждающийся" с насыщающимся выходным трансформатором).
Во-вторых, добавлена схема "мягкого" запуска для предотвращения перегорания диодов сетевого выпрямителя в момент включения в сеть.
В-третьих, для измерения тока первичной обмотки (а вместе с ним и во вторичной) был применён компаратор 554СА3 (вместо схемы на транзисторе КТ315 и тиристоре КУ112).
В-четвёртых, были разделены выходные обмотки и выходные выпрямители.
После всех доработок, изменений и расчётов была рождена схема, с которой мы вас сейчас познакомим.
Преобразователь. Силовая часть сварочного аппарата
Ниже приведена так называемая "силовая" часть.
Спецификация деталей "силовой части"
| Обозначение на схеме | Марка элемента | Примечания |
|---|---|---|
| ДИОДЫ | ||
| VD1 - VD8 | КД 203 | Установлены на радиаторах |
| VD9 - VD11 | КД 226Д | |
| VD12 | КД 102Б | |
| VD13 | КД 522 | |
| VD14, VD15 | КД 102А | |
| VD16 - VD17 | КД 213А | |
| VD18 - VD19 | КД 212А | |
| VD20 - VD21 | КД 212А | |
| VD22 - VD27 | КД 209А | |
| VD28 - VD29 | КС162А | |
| VD30 | КД 2990А (КД 2997А) | |
| VD31 - VD42 | КД 2997А | |
| ТИРИСТОР | ||
| VT1 | Т122-25-6 | Установлен на радиаторе |
| ТРАНЗИСТОРЫ | ||
| VT2 - VT3 | КТ 315Г | |
| VT4 | КТ 209М | |
| VT5 - VT6 | КТ 972А | |
| VT7 - VT8 | КТ 878А | Установлены на радиаторе |
| МИКРОСХЕМЫ | ||
| DA1 | 142КРЕН5А | |
| ТРАНСФОРМАТОРЫ, ДРОССЕЛИ | ||
| Т1 | См. примечания | См. намоточные данные |
| Т2 | Ш10х10 НМ-2000 | |
| Т3 | К12х8х3 НМ-2000 | |
| Т4 - Т5 | 2хК20х10х НМ-2000 | |
| Т6 | 2хК28х16х9 НМ-2000 | |
| Т7 | 2хШх20х28 НМ-2000 | |
| L1 - L4 | ПХ 4748003 (. почему-то изготовлены на "железе". ) | (применялись в БП ЭВМ "ЕС") |
| РЕЗИСТОРЫ | ||
| R1 | 10 Ом не менее 5 Вт | |
| R2 | 10 кОм 2 Вт | |
| R3 | Переменное 1кОм | |
| R4 | 1 кОм | |
| R5 | 22 кОм | |
| R6 | 150 кОм | |
| R7 | 10 кОм | |
| R8 | 27 кОм | |
| R9 | 10 кОм | |
| R10 | 10 кОм 2 Вт | |
| R11 | 1,5 кОм | |
| R12 | 1,8 кОм | |
| R13-15 | Общее: 470 Ом не менее 25 Вт | |
| R16 - R17 | 0,5 Ом 2 Вт | |
| R18 - R20 | Общее: 0,01 Ом не менее 5 Вт | |
| R21, R23 | 2,2 кОм | |
| R22, R24 | 6,8 кОм | |
| R25 | 1,2 кОм | |
| R26 | 68 кОм | |
| R27 - R28 | 750 Ом | |
| R29 | 200 Ом | |
| R30 | Переменное 1кОм | |
| R31 - R34 | 47 Ом | |
| КОНДЕНСАТОРЫ | ||
| С1 | 0,47 мкФ х 800 В | |
| С2 | 10,0 мкФ х 350 В | |
| С3 | 0,047 мкФ х 600 В | |
| С4 | 0,022 мкФ | |
| С5 | 0,1 мкФ х 50 В | |
| С6 | 0,1 мкФ | |
| С7 | 0,047 мкФ | |
| С8 | 0,047 мкФ х 800 В | |
| С9 - С12 | Суммарно 2000,0 мкФ х 350 В | |
| С13 | Подбирается при настройке | |
| С14 | Подбирается при настройке | |
| С15, С16 | 56 пФ | |
| С17 | ~0,1 мкФ х 250 В | |
| С18 | 470,0 мкФ х 35 В | |
| С19, С21, С23, С25, С27, С29, С31 | 0,1 мкФ | |
| С20 | 470,0 мкФ х 16 В | |
| С22, С26, С30 | 10,0 мкФ х 16 В | |
| С24, С28 | 68,0 мкФ х 35 В | |
| С31 - С34 | 0,022 мкФ |
Схема управления: задающий генератор, компаратор, схема запуска.
Схема управления и часть схемы запуска:
Спецификация деталей схемы управления
| Обозначение на схеме | Марка элемента | Примечания |
|---|---|---|
| ДИОДЫ | ||
| VD1 | КД503 | Любой маломощный |
| ТРАНЗИСТОРЫ | ||
| VT1, VT8, VT9 | КТ315 | Возможны любые аналоги |
| VT2 - VT5 | КТ361 | Возможны любые аналоги |
| VT6, VT7 | КТ605БМ | Возможны любые аналоги |
| МИКРОСХЕМЫ | ||
| DA1 | К155ЛА3 (ЛА12) | Возможны любые аналоги |
| DA2 | К544СА3 | |
| DA3 | К155АГ3 | |
| DA4 | К155ТМ2 (К1531ТМ2) | Возможны любые |
| DA5 | К155ЛА1 (К155ЛА6) | Возможны любые аналоги |
| РЕЗИСТОРЫ | ||
| R1, R2, R5, R8, R10 | 2,2-4,7 кОм | В зависимости от применяемых микросхем |
| R3 | 27 кОм | |
| R4 | 4,3 кОм | |
| R6 | Подбирается при настройке | В справочнике по микросхемам под редакцией Шило есть графики расчёта длительностей импульсов, получаемых с одновибратора 155АГ3 |
| R7 | Подбирается при настройке | |
| R9 | 330 Ом | |
| R11, R13, R15, R17 | 3,3 кОм | |
| R12, R14, R16, R18 | 2,7 кОм | |
| R19, R21 | 680 Ом | |
| R20, R22 | 1,5 кОм | |
| R23, R24 | 1,2 кОм | |
| КОНДЕНСАТОРЫ | ||
| C1 | 1000 пФ | |
| C2 | 56 пФ | |
| C3 | Подбирается при настройке | В справочнике по микросхемам под редакцией Шило есть графики расчёта длительностей импульсов, получаемых с одновибратора 155АГ3 |
| C4 | Подбирается при настройке | |
| C5 | 1000 пФ |
Чертеж печатной платы:
Схема расположения элементов на плате
Обратите внимание, что схема ''мягкого запуска'' (кроме элементов R1, C2) размещена на плате управления.
Вид устройства в сборе
На фото слева не показаны:
- корпус устройства с дополнительными вентиляторами;
- элементы крепления к корпусу;
- плата управления (крепится на корпусе устройства и соединяется гибким жгутом к плате управления токовыми ключами);
- разъём "сварочного тока";
- сетевой фильтр и предохранительный автомат (крепятся на корпусе устройства).
Как известно, напряжение на дуге в режиме сварки обычно составляет около 20-24 вольт. В режиме разрезания металла напряжение может достигать и 30-36 вольт.
Для поддержания дугового разряда достаточно не очень высокого ннапряжения пробоя, всего несколько вольт. Но для нормальной "поддержки" дугового разряда время деионизации молекул газа (воздуха, продуктов "горения") в зоне дуги должно быть значительно больше времени восстановления напряжения пробоя ионизированного газа.
Для сухого воздуха со стандартным атмосферным давлением это время составляет около 50-ти миллисекунд. Для восстановления дуги при таких условиях необходимо напряжение пробоя выше 25-30ти вольт. "Обычный" сварочный аппарат (трансформаторный) работает от сети переменного тока частотой 50Гц, при этом время восстановления дуги не может превышать 20-25мс.
По причине этого сварочные аппараты переменного тока обычно имеют напряжение холостого хода 60-80 вольт. Время восстановления в среднем составляет 25-35 миллисекунд.
Для увеличения стабильности дуги желательно, чтобы источник (в данном случае трансформатор) имел достаточно большую индуктивность. Но, с другой стороны, увеличение индуктивности сварочного трансформатора ведёт к увеличению его реактивного сопротивления, а значит к уменьшению тока на дуге.
Очень часто сердечник сварочного трансформатора выполняют ввиде незамкнутого магнитопровода с регулируемым зазором. По этим причинам сварочные аппараты переменного тока имеют достаточно узкий диапазон регулировки тока, большие габариты, вес и низкий КПД.
У аппаратов постоянного тока элементом стабилизации тока служит отдельный дроссель (иногда два дросселя). Время восстановления дуги у таких сварочных аппаратов может быть сокращено до 10-25мс, за счёт этого напряжение холостого хода может быть понижено до 40-50В.
Казалось бы теперь индуктивность стабилизируещего дросселя можно увеличивать и увеличивать, но при слишком большой индуктивности дросселя становится достаточно трудно зажечь дугу, возникает так называемый "эффект прилипания электрода".
Чтобы добиться хорошей стабильности дугового разряда и хорошего "зажигания" желательно, чтобы индуктивность стабилизирующего дросселя была низкой (для быстрого увеличения тока в момент зажигания) и частота тока была как можно выше (чтобы уменьшить время восстановления дуги).
Как известно, в промышленной электросети напряжение переменного тока составляет 220 вольт, а частота - 50 герц, и с этим приходится мириться. Увеличить частоту переменного тока можно только используя выпрямитель и преобразователь напряжения. Также, по причине того, что трансформатор сварочного аппарата кроме активного сопротивления имеет также и реактивное (без нагрузки трансформатор работает как индуктивность), то даже при отсутствии тока во вторичной обмотке, через первичную обмотку всё равно протекает достаточно большой ток.
Хотя при "холостом ходе" сварочный аппарат потребляет не очень большое количество энергии, реактивная составляющая тока может быть достаточно велика. При работе аппарата вектора "реактивного" и "активного" токов складываются, и суммарный ток может достигать значительных величин. По этой причине обычный сварочный аппарат нельзя подключать к бытовой электрической розетке, так как электрические провода должны иметь достаточно большое сечение, и предохранительные "автоматы" должны быть расчитаны на большой ток (до 50-ти и более ампер).
Габариты и масса стандартных сварочных аппаратов также не позволяют использовать их в качестве переносных. При работе, для того, чтобы не переносить сам аппарат, сварщики просто используют длинные соединительные провода. Сечение таких проводов доходит до 20-ти и более кв.мм. Естественно, что и стоимость самих соединительных проводов (в денежном эквиваленте) может быть сопоставима со стоимостью самого сварочного аппарата.
Также любой сварочный аппарат имеет такой параметр, как КПВ, выраженный в процентах (отношение: время работы/время остывания + время работы). В редких случаях данный параметр превышает 80%, чаще всего встречаемый параметр КПВ=50% (тут имеются ввиду режимы максимальных токов).
Многие производители указывают кроме КПВ также и продолжительность непрерывной работы, которая иногда не превышет дву-трёх минут.
Сварочный аппарат постоянного тока, собранный по схеме "Выпрямитель -> Вч. преобразователь -> Выпрямитель+дроссель" лишён указанных недостатков. В силу того, что отсутствуют реактивные токи в питающей сети, а при работе аппарата практически 85% энергии "идёт в дело", данный аппарат можно безболезненно подключать к обычной бытовой розетке, не беспокоясь о том, что проводка может перегореть (потребляемая аппаратом мощность при максимальных режимах работы немногим больше превышает мощность бытового утюга).
КПД у такого аппарата, если и не 100%, то, во всяком случае, где-то рядом, да и продолжительность непрерывной работы намного больше, чем 20 минут. Если учесть вес аппарата - не более 10 кг -, то отпадает необходимость в длинных соединительных проводах, гораздо проще просто поднести аппарат к месту работы.
Сечение проводов также можно уменьшить. Для "сварочных" проводов достаточно сечения 12 кв.мм. (при длинне 2-3 метра), а в качестве "питающих" проводов вполне можно употреблять бытовые электроудлинители, важно только, чтобы максимальный ток для выбранного удлинителя был не менее 10-ти ампер.
Хочу также отметить, что если Вы всё-таки соберёте себе такую штуковину, то останетесь весьма довольны ею. Никто из нас никаких навыков сварщика никогда не имел, однако, когда пришла необходимость подварить калитку на даче, агрегат здорово выручил.
Несмотря на то, что "дачное" напряжение - было далеко не 220V, дуга была стабильной, зажигалась с пол-пинка, не было эффекта прилипания электрода, да и получившийся шов был по качеству как у заправского сварщика.
Конечно же, без трудовых и материальных затрат не обойтись, но, себестоимость нашего агрегата (по крайней мере для нас) оказалась куда ниже, чем цены того двухпудового дерьма, что продаётся сейчас на каждом углу (даже с импортными наклейками).
Читайте также: