Источники постоянного сварочного тока

Обновлено: 05.05.2024

Основная задача источников питания сварочной дуги — это получение электрического тока, по своим характеристикам подходящего для выполнения сварочных работ, путём преобразования тока промышленной частоты.

Использовать на прямую из сети напряжение у нас не получится, в связи с тем, что ток у нас в сети переменный и маленький по величине, а напряжение большое. За частую необходим постоянный ток с возможностью выбора полярности. Для таких целей и необходим источник питания сварочной дуги.

Основные требования

На сегодняшний день все источники питания должны соответствовать следующим основным требованиям:

иметь в наличии плавную регулировку режимов сварки во всём диапазоне;
иметь в наличии приборы для контроля режимов сварки;
обеспечивать стабильное горение дуги;
иметь высокие динамические характеристики;
соответствовать основным требованиям по электробезопасности.

Наличие плавной регулировки и приборов контроля, обеспечивает точную настройку необходимых режимов сварки.

Динамические свойства сварочного аппарата определяются временем восстановления напряжения холостого хода после короткого замыкания в процессе сварки. Чем быстрее восстанавливается напряжение, тем лучше его динамические характеристики. Восстановление не должно превышать 0,05с.

Для повышения стабильности горения дуги дополнительно могут применяться осцилляторы. Они преобразующие низкое напряжение промышленной частоты в импульсы высокого напряжения и высокой частоты. Наложение этих импульсов на дуговой промежуток повышает устойчивость горения дуги.

Классификация источников питания сварочной дуги

Источники питания сварочной дуги имеют множество классификаций, а именно:

по напряжению питающей сети:

однофазные (220В);
трёхфазные (380В).

по внешней статической характеристики:

падающие;
жёсткие;
штыковые.

по числу питаемых постов:

однопостовые;
многопостовые.

по роду тока:

переменный;
постоянный.

Виды источников питания

К источнику питания с переменным тока относят сварочный трансформатор.

К источникам питания с постоянным током относят преобразователи, выпрямители, сварочные агрегаты и инверторы.

Трансформатор

На сегодняшний день это самый простой источник питания сварочной дуги который выдаёт на выходе только переменный ток.

Плавное регулирование сварочного тока осуществляется за счёт изменения зазора в катушке дросселя или между обмотками. Ступенчатое — за счёт переключения числа витков первичной и вторичной обмотки.

Трансформаторы очень просты, что даёт возможность изготовить его самостоятельно. В настоящее время трансформаторы не актуально.Это связано с тем, что постоянный ток не даёт стабильного горения дуги, а применение его при сварке нержавеющих сталей невозможно.

Выпрямитель

Преобразует переменный ток промышленной частоты в постоянный, необходимый для сварки.

Выпрямители бывают однофазные и трехфазные, стационарные или мобильные. Иметь возможность изменять вольт-амперную характеристику на жёсткую или падающую, а также полярность при сварке.

Плавное регулирование сварочного тока осуществляется блоком управления, а ступенчатое за счёт переключения обмоток.

Массовое применение их на производстве говорит о их универсальности и производительности. Высокое КПД и возможность применения при сварки различных металлов делает их одними из популярнейших источников питания.

Преобразователь

Работа преобразователя заключается в преобразовании переменного ток сети в механическую энергию электрического двигателя. В результате вращения вала генератора механическая энергия преобразовывается в электрическую энергию постоянного тока.

Большим плюсом является нечувствительность к перепадам напряжения, поэтому на выходе получается постоянный ток имеющий стабильными ВАХ.

Из-за большой массы, практически всегда их делают стационарными. Минусом является низкое КПД и большой износ движущихся деталей.

На данный момент преобразователи утратили свою актуальность.

Инвертор

Принцип действия этих устройств заключается в преобразовании переменного тока сети в постоянный. Далее постоянный ток опять преобразуется в переменный, но только высокой частоты. После этого переменный ток подаётся на высокочастотный сварочный трансформатор который понижает напряжение и преобразует переменный ток в постоянный.

Инверторы на сегодняшний день одни из самых популярных источников питания сварочной дуги. Это обусловлено рядом преимуществ:

постоянный ток с плавным регулированием;
доступная цена;
стабильное горение сварочной дуги и её лёгкое зажигание;
малые габаритные размеры;
малое энергопотребление
малый вес.

Всё это делает инверторные источники питания незаменимыми в быту, а также на больших предприятиях.

Как устроен аппарат для сварки постоянным током

Почти весь прошлый век сварочные работы производились на переменном токе, если не использовалась газосварка. Это было связано с тем, что более простого и недорогого сварочного оборудования не было в промышленности и строительстве.

Сварочный аппарат переменного тока представлял собой мощный понижающий трансформатор с регулятором тока в виде подвижной вторичной обмотки или дополнительных отводов в ней же. Это были надежные, простые устройства, при этом очень тяжелые и габаритные. Но благодаря развитию полупроводниковой техники появилась возможность создать сварочный аппарат постоянного тока, который по потребительским свойствам лучше своего «переменчивого» собрата.

Преимущества и недостатки

Применение постоянного тока позволяет получать шов лучшего качества благодаря тому, что электрическая дуга стабильна. Нет переходов через ноль, как у аппарата переменного тока, поэтому нет брызг.

Возможность использования прямой и обратной полярности позволяет варить нержавеющую сталь, цветные металлы, то есть электродуговая сварка постоянным током имеет более широкий диапазон применения при прочих равных условиях. При использовании инверторов сварочный аппарат получается значительно меньше по габаритам и весу.

Недостатками являются относительно высокая стоимость (по сравнению с аппаратами переменного тока) и чувствительность к пыли. Приходится часто чистить внутренние блоки.

Приборы на трансформаторах

Первые модели аппаратов для сварки постоянкой были развитием приборов переменного тока. Дополнительно к сварочному трансформатору на выходе вторичной обмотки монтировали диодный выпрямитель, выполненный по мостовой схеме, затем подключали мощные конденсаторы для уменьшения пульсаций и дроссель для получения более стабильной дуги.

От однофазной или трехфазной сети переменное напряжение поступало на первичную обмотку понижающего трансформатора. На выходе вторичной получалось напряжение порядка 70 В на холостом ходу, дальше поступало на выпрямитель и сварочный электрод.

При замыкании электрода на массу и последующем отрыве на небольшое расстояние (примерно 5 мм) возникала электрическая дуга. Сварщику оставалось вести электрод вдоль будущего шва со скоростью необходимой для образования сварочной ванны.

Инверторы

По дрогу принципу работают сварочные инверторы, которые тоже относятся к аппаратам постоянного тока. Преобразования в них происходят несколько по-другому.

Генератор вырабатывает сигнал частотой от 40 до 80 кГц. Изменение частоты переменным резистором, выведенным на лицевую панель, позволяет регулировать силу сварочного тока. Эта частота поступает на управляющие входы силовых транзисторов, на выходе в результате получается импульсный ток той же частоты.

Для дальнейшего преобразования он пропускается через конденсаторы, чтобы получился высокочастотный переменный ток. Затем он подается на понижающий трансформатор.

С вторичной обмотки снимается пониженное напряжение высокой частоты. Благодаря этому не требуются такие громоздкие преобразователи (понижающие трансформаторы низкой частоты). Сварочный пост в таком случае получается компактным и эргономичным.

Получившийся высокочастотный ток вновь выпрямляется диодным мостом и превращается в постоянный. Для уменьшения пульсаций устанавливаются батареи конденсаторов, а для мягкости дуги – дроссель. Благодаря электронной схеме управления силой сварочного тока и напряжения, отсутствуют проседания мощности и нестабильность дуги.

Сварочный ток не зависит от изменения сетевого напряжения. Шов получается качественным. Сварщику гораздо легче работать таким сварочным аппаратом. Единственно, при пользовании электросваркой необходимо соблюдать требования к присадочной проволоке.

Электроды для сварки нужно использовать те, которые рекомендуются для данного вида металла. Диаметр необходимо выбирать исходя из толщины свариваемого материала.

Какие электроды использовать

Подбирая электроды для сваривания деталей постоянным током, в первую очередь необходимо убедиться в наличии сертификатов соответствия.

Они должны быть подтверждены соответствующими организациями типа «Центра стандартизации и метрологии» с соответствующими лицензиями. Дальше нужно выбирать электроды с учетом мощности сварочного аппарата, толщиной свариваемых деталей и вида металла. Среди многочисленных марок можно выделить такие:

для сварки постоянным током низкоуглеродистых и низколегированных сталей подойдут электроды УОНИ13/45. Ими хорошо варить сосуды, работающие под давлением, толстостенные детали, а также заваривать дефекты литья;
электродами УОНИ 13/55 также варят низкоуглеродистые и низколегированные стали. Используют при сварке сосудов высокого давления и стальных конструкций;
электродами ОЗС-12 ГОСТ 9467-75 варят ответственные конструкции из низкоуглеродистой стали. Сваривание производится во всех положениях, кроме вертикального шва;
ОЗС- 4 можно варить по окисленной поверхности с теми же сталями.

Перечисленные выше марки наиболее универсальные и простые в использовании. Их можно быстро зажечь и обеспечить стабильную дугу, поддерживаемую постоянным током.

Для средне и высоколегированных сталей применяются специальные электроды. Они имеют состав близкий к марке свариваемой стали.

Перед применением электродов необходимо убедиться, что они сухие, без сколов обмазки. Правильный подбор марки и диаметра, силы сварного тока обеспечит получение качественного сварного шва. Все необходимые данные имеются в инструкции по эксплуатации на сварочный аппарат и паспорте на электроды.

Самостоятельное изготовление

Сварочный аппарат постоянного тока имеет смысл делать своими руками, если есть запас полупроводниковых приборов подходящих по номиналам. При использовании трансформаторной традиционной схемы преобразования тока все будет достаточно дешево.

Если решили собирать инверторный аппарат, то покупка силовых транзисторов выйдет в копеечку, проще купить готовый инвертор.

Выпрямитель

Постоянный сварочный ток в самодельных аппаратах обычно рассчитывают на 160-200 ампер. Для этого оптимальными будут выпрямительные диоды В200 соединенные по мостовой схеме.

Нужно только учесть, что корпус от внутренностей у диода не изолирован, то есть при подаче напряжения на выводы, корпус тоже окажется под напряжением.

Так как они сильно греются при работе, то их устанавливают на радиаторы. Они должны быть изолированы друг от друга, корпуса сварочного оборудования и других элементов схемы.

Если в распоряжении имеются диодные мостовые сборки, то это еще лучше, поскольку схему будет проще собирать. У них прямой ток порядка 35-50 А. Если требуется мост помощнее, то сборки можно спаривать, ставить параллельно.

Надежность такого соединения меньше, чем у одиночного диода из-за разброса параметров, но если установить с запасом, то все будет замечательно. Корпуса у них не под напряжением, поэтому можно устанавливать на один радиатор.

Другие компоненты

Самодельный сварочный аппарат постоянного тока трансформаторного типа состоит из понижающего трансформатора мощностью от 7 кВт и выше, выпрямительного моста на диодах типа В200, ВЛ200 или нескольких мостовых диодных сборок, набора электролитических конденсаторов общей мощностью 30000 мкФ и дросселя. Для охлаждения диодов применяются алюминиевые радиаторы и вентилятор.

Все контакты рекомендуется делать пайкой для уменьшения переходных сопротивлений в местах соединений. Сварочный трансформатор будет иметь различные габариты в зависимости от мощности и используемой частоты преобразования. Это необходимо учесть при конструировании корпуса или его подборе.

Сварочные кабели должны подсоединяться к устройству через болтовое соединение. В таком варианте исполнения практически отсутствуют регулировки сварки постоянным током.

Если в наличии имеется сварочный аппарат переменного тока, то добавив выпрямительную схему можно получить устройство постоянного тока, но уже с регулировками по переменному напряжению, что тоже хорошо.

Изготовление сварочного аппарата инверторного типа под силу людям, разбирающимся в электронике. Здесь нет такого большого разброса по параметрам, как в трансформаторном аппарате.

Схемы достаточно сложные для начинающего радиолюбителя, но при соблюдении всех правил пайки микросхем и полупроводниковых приборов, особенно полевых транзисторов, можно сделать аппарат требуемых параметров.

Что влияет на выбор сварочного тока

При выполнении сварочных работ, качество получаемого соединения зависит в первую очередь от того, насколько правильно выбран режим сварки. Основным регулируемым параметром процесса или главной режимной характеристикой является электрический ток, который называют сварочным током.

Сила тока при сварке зависит главным образом от параметров заготовки, которую предстоит варить и от некоторых других факторов.

Основные понятия

Сварочный ток, кроме своего абсолютного значения, выражаемого в амперах, характеризуется постоянством или периодическим изменением во времени величины и направления.

В первом случае ток называется постоянным. Его источниками являются сварочные выпрямители, автономные сварочные генераторы, а также современные аппараты для сварки, использующие инверторные технологии.

Если направление и (или) величина тока меняются во времени, то его называют переменным. Источниками переменного сварочного тока служат понижающие трансформаторы, первичная обмотка которых включается в сеть переменного тока 220 или 380 вольт.

На выбор параметров сварки, то есть ее режима, влияют следующие факторы, тесно между собой связанные:

толщина свариваемой заготовки;
вид металла или сплава, который предстоит варить;
диаметр применяемого электрода;
расположение и характер шва.

Выбираемый токовый режим работы сварочного аппарата определяет величину энергии электрической дуги. Чем больше значение этого параметра, тем больше тепла выделяется при горении дуги, а значит, более интенсивно и глубоко плавится заготовка и применяемый электрод.

Отсюда становится понятным, что чем толще и массивней свариваемый металл, тем большее значение тока должно быть установлено при его сварке. Кроме этого, существует прямая зависимость между толщиной заготовки, токовым режимом и диаметром электрода при ручной дуговой сварке.

Зависимость от толщины электрода

Нормативная литература по сварочному делу содержит много таблиц, позволяющих выбрать требуемый диаметр электрода и значение сварочного тока для сваривания заготовок определённой толщины.

При увеличении тока сварки, увеличивается скорость плавления, как заготовки, так и материала электрода, это определяет прямую зависимость между сварочным током и диаметром электрода.

Например, если электродом, имеющим диаметр 2мм, рекомендуется сваривать металл толщиной 2 – 3 мм, выбирая при этом сварочный ток в диапазоне 40 – 80 ампер, то для электродов диаметром 5 – 6 мм указывается токовая величина 220 – 320 ампер при сварке металла 10 – 24 мм.

Стоит упомянуть ещё об одной характеристике сварочного процесса, связанной с диаметром используемого электрода. Речь идет о плотности тока сварки, определяемой отношением сварочного тока к площади поперечного сечения электрической дуги и измеряемой в амперах на миллиметр квадратный (А/мм2).

Этот параметр играет важную роль в формировании сварного шва. С увеличением диаметра электрода, плотность падает при неизменных токовых настройках аппарата.

Это обусловлено тем, что электрод с диаметром большего размера создает более толстую дугу, имеющую большее значение площади. Показатель плотности зависит также от длины электрической дуги.

При увеличении разрядного промежутка между электродом и заготовкой, дуга вытягивается, становясь тоньше, уменьшая площадь поперечного сечения разряда. При этом уменьшается температура, создаваемая дугой, замедляется процесс переноса вещества электрическим разрядом.

При дальнейшем увеличении зазора, процесс начинает терять стабильность, поверхность сварочной ванны становится неровной, и в итоге дуговой разряд гаснет. Таким образом, в относительно небольших пределах, энергию сварочного процесса можно регулировать путем изменения длины дуги.

Что касается сварки полуавтоматом, роль электрода здесь играет специальная проволока для сварки, диаметр которой также выбирается по таблицам, в зависимости от характеристик свариваемого металла и его толщины.

Практическое определение

Опытному сварщику не составит труда правильно выбрать режим сварки, если известны размеры заготовок и характеристики металла, из которого они изготовлены. При необходимости можно обратиться к одной из технологических таблиц.

Необходимо обращать внимание на рекомендации, прилагаемые к самим электродам и сварочному аппарату в инструкции. Существуют также эмпирические формулы, по которым можно произвести расчёт сварочного тока.

Для электродов, имеющих диаметр менее 4 мм или более 6 мм, иногда применяют следующую формулу:

В этой формуле I – сварочный ток, выраженный в Амперах, d – диаметр электрода в миллиметрах.

Для выбора сварочного тока при использовании электродов, имеющих диаметр менее 3 мм, и работе в самом простом нижнем положении, можно применить соотношение:

при диаметре 3-4 мм формула меняется на:

Расчетное значение на практике корректируют. Обычно происходит изменение в меньшую сторону на 10-15%.

Расположение и характер шва

Оптимальная величина тока сварки зависит от пространственной ориентации свариваемого соединения и положения, из которого производится сварка, а также от того, скошены ли кромки свариваемых деталей и под каким углом. Понятнее станет, если рассмотреть примеры.

При сваривании горизонтального шва в положении сверху, значение тока можно установить более высокое, чем при сварке вертикальных или горизонтальных потолочных швов в положении снизу.

Это объясняется тем, что сварочная ванна горизонтального, свариваемого сверху шва более устойчива и не склонна к растеканию. Повышенное значение тока в этом случае обеспечивает более глубокий провар заготовок, следовательно, более прочное сплавление по всей толщине детали.

Наименьший ток должен быть выбран при сварке потолочных швов снизу. В этом случае жидкий металл под воздействием силы тяжести стремится оторваться от шва и упасть, чему до определённого момента препятствуют лишь силы поверхностного натяжения расплавленного металла.

Это обстоятельство предъявляет более высокие требования к квалификации сварщика, которому в процессе выполнения работы необходимо тщательно следить за жидкой массой сварочной ванны, предотвращая вытекание из неё металла.

Следует заметить, что опытный сварщик может регулировать этот процесс, не уменьшая значение тока, а увеличивая скорость перемещения электрода вдоль шва, что кстати, уменьшает затраты времени на выполнение работы.

Подготовленные к сварке торцевые поверхности деталей путём их скашивания, требуют несколько уменьшить величину тока сварки, так как неподготовленные кромки необходимо проваривать гораздо глубже, чем предварительно снятые. Однако и в этом случае, при наличии опыта, выбор требуемого режима может быть осуществлен изменением скорости сварочного процесса.

Некоторые нюансы при выборе сварочного тока вносит тип покрытия применяемых электродов, но влияние этого фактора существенно ниже перечисленных ранее.

Какое влияние имеет полярность

При сварке инвертором, или классическим аппаратом постоянного тока, выбор режима сварки связан с полярностью. Прямой полярностью принято называть схему, при которой сварочный электрод подключен к минусовой клемме аппарата, свариваемая деталь соединяется при этом с плюсом.

Особенностью сварочного процесса при прямой полярности является то, что плавление материала электрода происходит более интенсивно, чем плавление заготовки. Объясняется это следующим образом.

Несмотря на то, что условное направление протекания электрического тока принято от плюса к минусу, реальный физический процесс представляет собой движение отрицательно заряженных частиц – электронов, от минуса к плюсу.

Благодаря этому, при такой полярности происходит быстрый расход материала электрода. Использование прямой полярности целесообразно в случае относительно тонких заготовок, либо если к массивному элементу приваривается тонкая деталь.

При подключении электрода к плюсу, а заготовки соответственно, к минусу, получаем полярность, которую называют обратной. При таком включении интенсивней плавится заготовка, что определяет преимущество его применения при сваривании более толстых деталей.

Поскольку каждая металлическая заготовка и сварочный аппарат имеет свои особенности, выбор оптимального значение тока зависит от опытности сварщика. Тем же, кто только учится варить, необходимо ориентироваться на расчетные и табличные значения.

Оборудование для дуговой сварки

Ручная дуговая сварка, источником теплоты которой служит электрическая дуга, занимает одно из ведущих мест среди различных видов сварки плавлением. Электрическая дуга, возникающая за счет дугового разряда между электродом и свариваемым металлом, возникает и поддерживается источником постоянного или переменного тока. Под действием теплоты, полученной при помощи электрической дуги, происходит плавление основного и присадочного материалов, в результате чего образуется сварочная ванна. Остывая, металл кристаллизуется, образуя прочное сварное соединение. Все операции по зажиганию дуги, поддержанию ее длины и перемещению вдоль линии шва выполняются сварщиком вручную без применения механизмов. Дуговая сварка выполняется как плавящимся, так и неплавящимся электродом.

Оборудование для дуговой сварки:

В качестве оборудования, создающего устойчивую сварочную дугу, применяют различные трансформаторы, выпрямители и генераторы. В зависимости от характера и интенсивности сварочных работ и размеров свариваемых деталей промышленность выпускает большой ассортимент оборудования с различными техническими характеристиками. Однако все они должны удовлетворять следующим требованиям:

иметь на зажимах источника тока напряжение холостого тока при разомкнутой сварочной цепи, достаточное для возбуждения и устойчивого горения сварочной дуги. При этом напряжение холостого тока должно быть безопасным, то есть не более 80 — 90В;
обеспечить ток короткого замыкания, не превышающий установленных значений, выдерживая продолжительные короткие замыкания без перегрева и повреждения возбуждающей обмотки;
иметь устройства для плавного регулирования силы сварочного тока;
обладать хорошими динамическими свойствами, обеспечивая быстрое восстановление напряжения после коротких замыканий;
обладать хорошей внешней характеристикой.

Для бытового потребления современная промышленность выпускает сварочные аппараты, отличающиеся двумя характеристиками. Первая из них — это максимальный сварочный ток, а вторая — время работы, на протяжении которого в 10 минутном рабочем цикле вырабатывается этот максимальный ток. К примеру, аппарат, рассчитанный на 140 амперный ток при 60% рабочем цикле должен обеспечить 140 ампер в течение не более 6 минут из каждых 10 минут работы. Остальные 4 минуты цикла отведены на режим холостого тока, при котором аппарат остывает.

Характеристики сварочного оборудования

Внешняя характеристика сварочного тока выражает зависимость между напряжением на зажимах выходных клемм и током в сварочной цепи (рис.1). Различают четыре вида внешних характеристик (крутопадающая I, пологопадающая 2, жесткая 3 и возрастающая 4) выбор которых зависит от вольт-амперной характеристики сварочной дуги. Под вольт-амперной характеристикой (ВАХ) (рис.2) понимают зависимость напряжения дуги от силы сварочного тока.

Рис. 1. Внешние характеристики источников питания для дуговой сварки

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика дуги — А; зависимость напряжения дуги ( Uд ) от длины (Ld ) — Б

Вольт-амперная характеристика сварочного аппарата отличается от вольт-амперной характеристики любого другого источника питания своей нелинейной зависимостью. Это объясняется тем, что количество заряженных частиц в дуговом разряде не является величиной постоянной и зависит от степени ионизации, то есгь от силы тока, и говорит о том, что электрическая дуга в газах не подчиняется закону Ома. Из приведенного рисунка видно, что при малых токах (до 100 А) количество заряженных частиц в дуге интенсивно растет, а ее сопротивление при этом падает (падающая зона ВАХ I). Это объясняется ростом эмиссии катода при его разогреве. При возрастании силы тока дуга начинает сжиматься, рост заряженных частиц прекращается, а объем газа, участвующий в переносе заряженных частиц, сжимается (жесткая зона ВАХ II). Дальнейший рост вольт-амперной характеристики возможен только при увеличении расходуемой внутри дуги энергии (возрастающая зона ВАХ III).

Сварочные аппараты ручной дуговой сварки плавящимися электродами с защитным покрытием обычно эксплуатируются на ниспадающем и жестком участках ВАХ (зоны I и II). Для питания такой дуги применяют источники питания с крутопадающей и пологопадающей внешней характеристикой, так как отклонения тока при изменении дуги у этих аппаратов обычно незначительны. Это особенно важно при сварке в труднодоступных местах, когда сварщику приходится подбирать длину дуги.

Механизация процессов при сварке под флюсом или плавящимся электродом в защитных газах позволяет выполнять саморегулирование дуги при ее случайных отклонениях. Это достигается изменением скорости плавления электрода, то есть при уменьшении дуги автоматически повышается ток, и скорость плавления электрода увеличивается. Для такой сварки предпочтительнее источники питания с возрастающей ВАХ и возрастающей или жесткой внешней характеристикой.

Сварочные трансформаторы

Сварочные трансформаторы предназначены для создания устойчивой электрической дуги, поэтому они должны иметь требуемую внешнюю характеристику. Как правило, это падающая характеристика, так как сварочные трансформаторы используются для ручной дуговой сварки и сварки под флюсом.

Промышленный переменный ток на территории России имеет частоту 50 периодов в секунду (50 Гц). Сварочные трансформаторы служат для преобразования высокого напряжения электрической сети (220 или 380 В) в низкое напряжение вторичной электрической цепи до требуемого для сварки уровня, определяемого условиями для возбуждения и стабильного горения сварочной дуги. Вторичное напряжение сварочного трансформатора при холостом ходе (без нагрузки в сварочной цепи) составляет 60—75 В. При сварке на малых токах (60—100 А) для устойчивого горения дуги желательно иметь напряжение холостого хода 70 — 80 В.

Трансформаторы с нормальным магнитным рассеянием. На рис. 1 приводится принципиальная схема трансформатора с отдельным дросселем. Комплект источников питания состоит из понижающего трансформатора и дросселя (регулятора реактивной катушки).

Рис. 1. Принципиальная схема трансформатора с отдельным дросселем (сварочный ток регулируется изменением воздушного зазора)

Понижающий трансформатор, основой которого является магнитопровод 3 (сердечник), изготовлен из большого количества тонких пластин (толщиной 0,5 мм) трансформаторной стали, стянутых между собой шпильками. На магнитопроводе 3 имеются первичная 1 и вторичная 2 (понижающая) обмотки из медного или алюминиевого провода.

Дроссель состоит из магнитопровода 4, набранного из листов трансформаторной стали, на котором расположены витки медного или алюминиевого провода 5, рассчитанного на прохождение сварочного тока максимальной величины. На магнитопроводе 4 имеется подвижная часть б, которую можно перемещать с помощью винта, вращаемого рукояткой 7.

Первичная обмотка 1 трансформатора подключается в сеть переменного тока напряжением 220 или 380 В. Переменный ток высокого напряжения, проходя по обмотке 1, создаст действующее вдоль магнитопровода переменное магнитное поле, под действием которого во вторичной обмотке 2 индуктируется переменный ток низкого напряжения. Обмотку дросселя 5 включают в сварочную цепь последовательно со вторичной обмоткой трансформатора.

Величину сварочного тока регулируют путем изменения воздушного зазора а между подвижной и неподвижной частями магнитопровода 4 (рис. 1). При увеличении воздушного зазора а магнитное сопротивление магнитопровода увеличивается, магнитный поток соответственно уменьшается, а следовательно, уменьшается индуктивное сопротивление катушки и увеличивается сварочный ток. При полном отсутствии воздушного зазора а дроссель можно рассматривать как катушку на железном сердечнике; в этом случае величина тока будет минимальной. Следовательно, для получения большей величины тока воздушный зазор нужно увеличить (рукоятку на дросселе вращать по часовой стрелке), а для получения меньшей величины тока — зазор уменьшить (рукоятку вращать против часовой стрелки). Регулирование сварочного тока рассмотренным способом позволяет настраивать режим сварки плавно и с достаточной точностью.

Современные сварочные трансформаторы типа ТД, ТС, ТСК, СТШ и другие выпускаются в однокорпусном исполнении.

Рис. 2. Принципиальная электрическая и конструктивная схема трансформатора типа СТН в однокорпусном исполнении (а) и его магнитная схема (б). 1 — первичная обмотка; 2 — вторичная обмотка; 3 — реактивная обмотка; 4 — подвижной пакет магнитопровода; 5 — винтовой механизм с рукояткой; 6 — магнитопровод регулятора; 7 — магнитопровод трансформатора; 8 — электродержатель; 9 — свариваемое изделие

В 1924 г. академиком В. П. Никитиным была предложена система сварочных трансформаторов типа СТН, состоящих из трансформатора и встроенного дросселя. Принципиальная электрическая и конструктивная схема трансформаторов типа СТН в однокорпусном исполнении, а также магнитная система показаны на рис. 2. Сердечник такого трансформатора, изготовленный из тонколистовой трансформаторной стали, состоит из двух, связанных общим ярмом сердечников,— основного и вспомогательного. Обмотки трансформатора изготовлены в виде двух катушек, каждая из которых состоит из двух слоев первичной обмотки 1, выполненных из изолированного провода, и двух наружных слоев вторичной обмотки 2, выполненных из неизолированной шинной меди. Катушки дросселя пропитаны теплостойким лаком и имеют асбестовые прокладки.

Обмотки трансформаторов типа СТН изготовляют из медного или алюминиевого проводов с выводами, армированными медью. Величину сварочного тока регулируют с помощью подвижного пакета магнитопровода 4, путем изменения воздушного зазора а винтовым механизмом с рукояткой 5. Увеличение воздушного зазора при вращении рукоятки 5 по часовой стрелке вызывает, как и в трансформаторах типа СТЭ с отдельным дросселем, уменьшение магнитного потока в магнитопроводе 6 и увеличение сварочного тока. При уменьшении воздушного зазора повышается индуктивное сопротивление реактивной обмотки дросселя, а величина сварочного тока уменьшается.

ВНИИЭСО разработаны трансформаторы этой системы СТН-500-П и СТН-700-И с алюминиевыми обмотками. Кроме того, на базе этих трансформаторов разработаны трансформаторы ТСОК-500 и ТСОК-700 со встроенными конденсаторами, подключенными к первичной обмотке трансформатора. Конденсаторы компенсируют реактивную мощность и обеспечивают повышение коэффициента мощности сварочного трансформатора до 0,87.

Однокорпусные трансформаторы СТН более компактны, масса их меньше, чем у трансформаторов типа СТЭ с отдельным дросселем, а мощность одинакова.

Трансформаторы с подвижными обмотками с увеличенным магнитным рассеянием. Трансформаторы с подвижными обмотками (к ним относятся сварочные трансформаторы типа ТС, ТСК и ТД) получили в настоящее время широкое применение при ручной дуговой сварке. Они имеют повышенную индуктивность рассеяния и выполняются однофазными, стержневого типа, в однокорпусном исполнении.

Катушки первичной обмотки такого трансформатора неподвижные и закреплены у нижнего ярма, катушки вторичной обмотки подвижные. Величину сварочного тока регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Наибольшая величина сварочного тока достигается при сближении катушек, наименьшая — при удалении. С ходовым винтом 5 связан указатель примерной величины сварочного тока. Точность показаний шкалы составляет 7,5 % от значения максимального тока. Отклонения величины тока зависят от подводимого напряжения и длины сварочной дуги. Для более точного замера сварочного тока должен применяться амперметр.

Рис. 3. Сварочные трансформаторы: а — конструктивная схема трансформатора ТСК-500; б — электрическая схема трансформатора ТСК-500: 1 — сетевые зажимы для проводов; 2 — сердечник (магнитопровод); 3 — рукоятка регулирования тока; 4 — зажимы для подсоединения сварочных проводов; 5 — ходовой винт; 6 — катушка вторичной обмотки; 7 — катушка первичной обмотки; 8 — компенсирующий конденсатор; в — параллельное; г — последовательное соединение обмоток трансформатора ТД-500; ОП — первичная обмотка; ОВ — вторичная обмотка; ПД — переключатель диапазона токов; С — защитный фильтр от радиопомех.

Рис.4 Портативный сварочный аппарат

На рис. 3-а,б показаны принципиальная электрическая и конструктивная схемы трансформатора ТСК-500. При повороте рукоятки 3 трансформатора по часовой стрелке катушки обмоток 6 и 7 сближаются, вследствие чего магнитное рассеяние и вызываемое им индуктивное сопротивление обмоток уменьшаются, а величина сварочного тока увеличивается. При повороте рукоятки против часовой стрелки катушки вторичной обмотки удаляются от катушек первичной обмотки, магнитное рассеяние увеличивается и величина сварочного тока уменьшается.

Трансформаторы снабжены емкостными фильтрами, предназначенными для снижения помех радиоприему, создаваемых при сварке. Трансформаторы типа ТСК отличаются от ТС наличием компенсирующих конденсаторов 8, обеспечивающих повышение коэффициента мощности (соs φ). На рис. 3, в показана принципиальная электрическая схема трансформатора ТД-500.

ТД-500 представляет собой понижающий трансформатор с повышенной индуктивностью рассеяния. Сварочный ток регулируют изменением расстояния между первичной и вторичной обмотками. Обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Трансформатор работает на двух диапазонах: попарное параллельное соединение катушек обмоток дает диапазон больших токов, а последовательное — диапазон малых токов.

Последовательное соединение обмоток за счет отключения части витков первичной обмотки позволяет повысить напряжение холостого хода, что благоприятно отражается на горении дуги при сварке на малых токах.

При сближении обмоток уменьшается индуктивность рассеяния, что приводит к увеличению сварочного тока; при . увеличении расстояния между обмотками увеличивается индуктивность рассеяния, а ток соответственно уменьшается. Трансформатор ТД-500 имеет однокорпусное исполнение с естественной вентиляцией, дает падающие внешние характеристики и изготавливается только на одно напряжение сети — 220 или 380 В.

Трансформатор ТД-500 ~ однофазный стержневого типа состоит из следующих основных узлов: магнитопровода — сердечника, обмоток (первичной и вторичной), регулятора тока, переключателя диапазонов токов, токоуказательного механизма и кожуха.

Алюминиевые обмотки имеют по две катушки, расположенные попарно на общих стержнях магнитопровода. Катушки первичной обмотки неподвижно закреплены у нижнего ярма, а вторичной обмотки — подвижные. Переключение диапазонов тока производят переключателем барабанного типа, рукоятка которого выведена на крышку трансформатора. Величину отсчета тока производят по шкале, отградуированной соответственно на два диапазона токов при номинальном напряжении питающей сети.

Емкостной фильтр, состоящий из двух конденсаторов, служит для снижения помех радиоприемным устройствам.

Правила техники безопасности при эксплуатации сварочных трансформаторов. В процессе работы электросварщик постоянно обращается с электрическим током, поэтому все токоведущие части сварочной цепи должны быть надежно изолированы. Ток величиной 0,1 А и выше опасен для жизни и может привести к трагическому исходу. Опасность поражения электрическим током зависит от многих факторов и в первую очередь от сопротивления цепи, состояния организма человека, влажности и температуры окружающей атмосферы, напряжения между точками соприкосновения и от материала пола, на котором стоит человек.

Сварщик должен помнить, что первичная обмотка трансформатора соединена с силовой сетью высокого напряжения, поэтому в случае пробоя изоляции это напряжение может быть и во вторичной цепи трансформатора, т. е. на электрододержателе.

Напряжение считается безопасным: в сухих помещениях до 36 В и в сырых до 12 В.

При сварке в закрытых сосудах, где повышается опасность поражения электрическим током, необходимо применять ограничители холостого хода трансформатора, специальную обувь, резиновые подстилки; сварка в таких случаях ведется под непрерывным контролем специального дежурного. Для снижения напряжения холостого хода существуют различные специальные устройства — ограничители холостого хода.

Сварочные трансформаторы промышленного использования, как правило, подключают к трехфазной сети 380 В, что в бытовых условиях не всегда удобно. Как правило, подключение индивидуального участка к трехфазной сети хлопотно и дорого, и без особой нужды это не делают. Для таких потребителей промышленность выпускает сварочные трансформаторы, рассчитанные на работу от однофазной сети с напряжением 220 — 240 В. Пример такого портативного сварочного аппарата приведен на рис.4. Этот аппарат, обеспечивающий разогрев дуги до 4000°С, уменьшает обычное сетевое напряжение, одновременно повышая сварочный ток. Ток в установленном диапазоне регулируется с помощью ручки, смонтированной на передней панели аппарата. В комплект аппарата входит сетевой кабель и два сварочных провода, один из которых соединен с электрододержателем, а второй - с заземляющим зажимом.

Обычно для домашних работ вполне подходят аппараты, вырабатывающие сварочный ток в 140 ампер при 20-процентном рабочем цикле. При выборе аппарата следует обращать внимание на то, чтобы регулировка сварочного тока была плавной.

Читайте также: