Способы регулирования сварочного тока в трансформаторах

Обновлено: 14.05.2024

Сварка - это процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местком или общем нагреве или нагреве и деформации.

Вольтамперная характеристика сварочной дуги имеет вид, изображенный на рис. Здесь же изображены вольтамперные характеристики источников питания дуговой сварки, для вольтамперной характеристики дуги 1 характерны падающий I, прямолинейный II и возрастающий III участки. Вольтамперные характеристики источников питания сварочных дуг в диапазоне падающего и прямолинейного участков ВАХ дуги полого падающие 2 или крутопадающие 3. При работе в диапазоне токов дуги, соответствующих возрастающему участку ВАХ дуги, могут применяться источники питания с жесткой характеристикой 4. На 1 и 2 участках ВАХ дуги могут также применяться источники питания с жесткой характеристикой, но к этом случае для устойчивого горения дуги используются балластные сопротивления, включаемые последовательно с дугой.

Сварочные трансформаторы, подключаемыек сети напряжением 220 и 380 В, являются источниками питания при дуговой сварке на переменном токе. Для того чтобы иметь непрерывное горение сварочной дуги, трансформаторы выполняются с повышенной индуктивностью. Повышенная индуктивность достигается за счет увеличения потоков рассеяния

при выполнении магнитопровода с зазором. Сварочные трансформаторы обладают крутопадающей внешней характеристикой. На рис. приведена принципиальная схема сварочного трансформатора. Он состоит из магнитопровода с зазором б, первичной I, вторичной II обмоток и обмотки реактивной катушки IIк. Крутопадающая внешняя характеристика достигается за счет встречного включения вторичной обмотки и обмотки реактивной катушки.

При ручной сварке регулирование сварочного тока осуществляется изменением величины зазора.

При автоматической сварке на переменном токе с непрерывной подачей электродной проволоки поддержание тока дуги осуществляется двумя способами. Они ее основаны на том, что при токах свыше 400 - 500 А ВАХ дуги носит линейный характер.

Первый способ - по изменению напряжения на дуге - основан на том, что всякое изменение тока дуги влечет за собой изменение напряжения на дуге, что используется для изменения скорости подачи проволоки.

По второму способу поддерживается постоянство сварочного тока или постоянство скорости плавления электродной проволоки. Например, если скорость плавления проволоки, а следовательно, величина тока несколько уменьшилась при неизменной скорости подачи проволоки, то конец проволоки начнет приближаться к изделию, и длина дуги будет уменьшаться. Уменьшение длины дуги снижает электрическое сопротивление сварочной цепи, что вызывает увеличение тока. Следовательно, происходит саморегулирование дуги.

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.

Назначение трансформаторов в сварочных аппаратах

Известный многим трансформатор для дуговой сварки по своей сути является преобразователем сетевого напряжения. Он увеличивает переменный ток до величины, обеспечивающей условия получения дугового разряда.

Достичь этого удаётся за счёт понижения питающего напряжения до некоторого значения, что по правилу трансформации позволяет во столько же раз увеличить ток в нагрузочной цепочке. В основе действия трансформатора положен закон электромагнитной индукции.

Принцип работы преобразователя

Для лучшего понимания принципа действия устройства желательно детально ознакомиться с особенностями его конструкции, а также с тем, какие типы сварочных трансформаторов чаще всего применяются на практике. Не будет лишним и внимательное изучение возможности самостоятельного изготовления таких агрегатов.

Назначение сварочного трансформатора состоит в понижении сетевого напряжения до 50-60 Вольт, что позволяет получать значительный по величине ток во вторичной обмотке (прядка тысячи ампер).

Реализации этого принципа способствуют конструктивные особенности трансформаторного устройства. Оно состоит из мощного сердечника с размещёнными на нём двумя рабочими обмотками (катушками).

Имеющиеся на сердечнике катушки электрически изолированы одна от другой, но пронизываются общими силовыми линиями магнитного поля (то есть, связаны за счёт электромагнитного эффекта).

При включении трансформатора в сеть в первичной обмотке появляется небольшой по величине ток, формирующий электромагнитное поле, распространяющее своё действие и на вторичную катушку.

Согласно закону сохранения энергии при преобразовании сетевого напряжения мощность тока в катушке с меньшим количеством витков остаётся той же.

По причине того, что во вторичной обмотке сварочного трансформатора действует меньшее по амплитуде переменное напряжение – на выходе удаётся получить больший по величине нагрузочный ток. Следует напомнить, что мощность равна току, умноженному на напряжение.

Способ управления током в нагрузке

Известные виды сварочных трансформаторов классифицируются по мощности преобразовательного устройства, фазности его подключения и способу управления величиной переменного тока в нагрузке. Мощность и фазность относятся к типовым характеристикам электрооборудования и не нуждаются в специальных пояснениях.

Гораздо больший интерес представляет последний показатель, имеющий принципиальное значение для понимания сути происходящих в трансформаторе процессов. Особенностью конструкции трансформатора для сварочного аппарата является возможность изменять величину тока во вторичной цепи, меняя при этом условия проведения сварки.

Различные варианты исполнения вторичных цепей сварочного трансформатора предусматривают возможность регулировки тока в нагрузке следующими способами:

изменением импеданса (индуктивного сопротивления) нагрузочной цепи;
переключением цепей вторичной обмотки с изменением задействованного числа витков;
за счёт использования принципа фазного регулирования, реализуемого с помощью мощных тиристорных переключателей.

Гораздо реже используется подвижная конструкция вторичной обмотки, благодаря которой удаётся управлять величиной магнитного потока.

Вследствие разнообразия вариантов преобразовательных изделий, при выборе в первую очередь ориентируются на тип регулятора тока сварочного трансформатора.

Так, оснащённые тиристорным блоком преобразователи хоть и считаются более совершенными в сравнении с электромеханическими моделями, однако из-за сложности конструкции они могут чаще выходить из строя.

Самостоятельное изготовление

Перед самостоятельной сборкой сварочного трансформатора, эксплуатация которого возможна в домашних условиях, необходимо вкратце ознакомиться с рядом требований, предъявляемых к этому устройству.

Расчет самодельного устройства

Согласно схемному решению, к вторичной обмотке трансформатора подключаются две толстые медные шины, ответные концы которых подсоединяется к электродному держателю и свариваемой заготовке. За счёт этих подключений образуется замкнутая цепь для сварочного тока, обеспечивающая получение дугового разряда, необходимого для сварки.

Помимо этого необходимо предусмотреть возможность работы самодельного сварочного трансформатора в режиме перегрузок, что требует тщательного расчёта его основных параметров (эти показатели рекомендуется выбирать с небольшим запасом). Чтобы рассчитать трансформатор, нужно определить вначале его требуемую мощность, затем количество витков на первой и второй обмотках.

Расчеты нельзя назвать простыми. В их основу должны быть заложены данные по обмоточным проводам и выбору их сечения, обеспечивающие соответствие входных и выходных параметров заданным характеристикам.

Также следует побеспокоиться о вспомогательных приспособлениях, облегчающих намотку (и перемотку, в случае необходимости) первичной катушки сварочного трансформатора с большим количеством витков.

Использование СВЧ

В отдельных случаях в качестве преобразователя напряжения может использоваться трансформатор от пришедшей в негодность СВЧ печи (микроволновки), в котором достаточно будет заменить лишь вторичную обмотку.

Для самостоятельного изготовления лучше всего выбрать простейший агрегат без встроенной автоматики, в основу применения которого заложено выполнение основных рабочих функций. С таким аппаратом будет проще работать, да и ремонт его в случае необходимости можно произвести без излишних затрат нервов и времени.

Неприхотливость в обслуживании и ремонте изделий этого класса объясняется простотой их конструктивного решения, позволяющей быстро найти пришедшую в негодность деталь и заменить её исправной.

При самостоятельном изготовлении трансформатора следует учитывать и возможность обустройства на его основе сварочного инвертора, получаемого после добавления к трансформатору импульсного модуля.

Относительная сложность конструкции этого устройства полностью компенсируется его лучшими техническими показателями, оказывающими существенное влияние на рабочие параметры сварочной дуги.

Промышленные образцы

Промышленные образцы трансформаторного оборудования представлены на отечественном рынке изделиями под заводским обозначением ТД и ТДМ. Популярностью отечественного покупателя пользуются модели марки ТДМ с величинами сварочного тока 315, 400 и 500 Ампер соответственно.

Данные по потребляемой мощности для этих образцов сварочного оборудования, рассчитанных на работу от сетей 220 и 380 Вольт, колеблются в пределах от 30 до 160 киловатт Ампер.

Особого внимания заслуживает и такой показатель эффективности работы трансформаторного устройства как его внешняя характеристика, представляющая собой зависимость действующего на выходе напряжения от нагрузочного тока.

Её крутизной определяется качество и стабильность образующейся при сварке дуги, а также её взаимосвязанность с действующими токовыми показателями.

Специалисты по сварке рекомендуют при покупке готового оборудования отдавать предпочтение агрегатам с резко падающей выходной (внешней) характеристикой.

При этом для обеспечения оптимальных условий текущего процесса желательно, чтобы характеристика приобретаемого аппарата имела общие точки с аналогичной зависимостью для сварочной дуги.

Серия промышленных аппаратов ТД относится к исключительно однофазной и многопостовой разновидности агрегатов трансформаторного типа. В большинстве конструкций этого класса предусматривается подвижная вторичная обмотка со специальным регулятором тока.

Современные образцы однофазного оборудования, помимо этого оснащаются специальным электролитическим элементом, предназначенным для компенсации индуктивных потерь в проводах (так называемым «конденсатором мощности»).

Как обслуживать

Трансформатор является самым простым и доступным вариантом преобразовательного оборудования, техническое обслуживание которого в домашних условиях занимает минимум сил и времени.

При работе надо следить, чтобы сварочный ток не превышал предельного значения, а обмотки не перегревались. Обслуживание также заключается в смазке механизма регулировки (это можно делать раз в месяц).

Следует проверять надежность контактов, целостность изоляции, подключение заземления сварочного трансформатора, не допускать его загрязнения. Можно продувать устройство струей сухого воздуха, сметающего пыль.

Если сварочный трансформатор стоит на открытой площадке, то надо защитить его от влаги. Вообще излишняя влажность и механические повреждения могут вывести его из строя. Но это относится к большинству электрического оборудования.

При выполнении основных правил эксплуатации, трансформатор прослужит много лет. С его помощью можно будет выполнить большую часть бытовых работ с достаточно высоким качеством получаемых сварочных соединений.

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.

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.

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.

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.

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.

Как правильно регулировать ток трансформатора в сварочном полуавтомате

Силовой

Одним из видов соединения и резки металлов является электросварка. Она выполняется при помощи сварочных аппаратов и электродов или специальной проволоки. Необходимая сила тока при этом зависит от диаметра электрода, вида работ – сварка или резка и толщины металла. Поэтому ее необходимо регулировать.

Несмотря на распространение новых, инверторных, аппаратов, у многих людей в гаражах и сараях остались старые устройства, которые нуждаются в ручной регулировке. Ее нельзя производить так же, как регулировать ток трансформатора в сварочном полуавтомате или инверторе, в которых эту работу выполняет электроника.

Устройство и принцип действия сварочного трансформатора

Трансформатор для электросварки, как и любой другой, состоит из трех основных элементов:

Первичной обмотки. На нее подается напряжение. В домашних аппаратах катушка подключается к сети 220В, на производстве для уменьшения потребляемого тока на нее подается 380В.
Вторичная обмотка с напряжением 45-110В. К ней подключается электрод и масса, а в сварочных выпрямителях диоды или диодный мост.
Магнитопровод. Это сердечник, на котором наматываются катушки. Состоит из большого количества пластин трансформаторного железа и может быть тороидальной, прямоугольной и Ш-образной формы.

Устройства большой мощности дополнительно оснащаются пусковой и защитной аппаратурой, а также вентиляторами.

Есть три режима работы трансформаторов:

Режим холостого хода. В нем аппарат работает при перерыве в процессе сварки.
Рабочий режим. Это сварка или резка металла.
Режим короткого замыкания. Появляется при залипании электрода.

Регулировка тока сварочного трансформатора производится в рабочем режиме.

Основным недостатком такого аппарата является переменное выходное напряжение. Это дает возможность использовать только углеродистые электроды и сваривать только обычный металл. Для сварки нержавеющих и высоколегированных сталей необходимы специальные электроды и использование сварочного выпрямителя.

Информация! В отличие от обычных трансформаторов, у сварочных аппаратов рабочий режим похож на режим короткого замыкания. Поэтому для уменьшения нагрева они мотаются проводом большего сечения.

Сварочный выпрямитель

Использование постоянного напряжения дает более качественный шов. Она позволяет кроме обычных видов обработки выполнять аргонно-дуговую сварку и другие виды работ.

Информация! Такие устройства кроме однофазных изготавливают трехфазные. Это увеличивает мощность с распределением нагрузки на три фазы и обеспечивает более “гладкое” выходное напряжение, без пульсаций.

Сварочные выпрямители различают по типу установленных выпрямительных блоков:

С двумя диодами. Вместо одной вторичной обмотки мотаются две и диоды подключаются по схеме с общей средней точкой.
С обычным диодным мостом. В однофазных аппаратах устанавливается обычный мост, из четырех диодов, в трехфазных – мост Ларионова, из шести.
Транзисторные. Редко встречаются из-за слишком мощных выходных транзисторов.
Тиристорные. Разновидность диодных аппаратов, но вместо диодов устанавливаются тиристоры и система управления. Регулировка осуществляется за счет изменения угла открытия тиристора и действующего значения напряжения.
Инверторные. Современные электронные аппараты индивидуального использования. Ток регулируется ручками управления или кнопками, расположенными на передней панели.

Эти трансформаторы изготавливаются разной мощности и предназначенные для подключения различного количества постов:

Однопостовые. Используются только одним сварщиком. Регулировка осуществляется как на рабочем месте, так и внутри аппарата. Вольтамперная характеристика может быть крутопадающей (мягкой), пологопадающей (жесткой), а также переключаемой.
Многопостовые. Имеют достаточную мощность для подключения нескольких (до 9) постов. Характеристика только жесткая, регулировать процесс сварки можно только на рабочем месте при помощи балластных сопротивлений.

Сварочный полуавтомат

Полуавтомат состоит из двух основных узлов:

Блок подачи проволоки. Подает проволоку в зону сварки, дополнительно оснащается устройством подачи защитного газа.
Устройство питания дуги. В качестве него используются сварочный выпрямитель или инвертор.

Справка! Ток полуавтомата регулируется в устройстве, питающем дугу.

Параметры аппаратов

Основными параметрами являются выходные ток и напряжение, а так же динамическая характеристика.

Выходной ток и напряжение

Основным параметром аппарата для сварки является выходной ток. От него зависит диаметр электродов и толщина металла. В индивидуальных аппаратах он достигает 200А. Поскольку выходное напряжение имеет значение только при зажигании дуги, в современных инверторных устройствах для уменьшения потребляемой мощности и габаритов выпрямителя этот параметр максимально снижен, а поджиг дуги обеспечивается дополнительными встроенными устройствами.

Выходное напряжение в однопостовых аппаратах составляет 45-65В. В больших аппаратах, рассчитанных на одновременную работу нескольких сварщиков, выходное напряжение может достигать 110В.

Динамическая характеристика

При изменении расстояния от конца электрода до детали меняется длина дуги и ее сопротивление. Поэтому не менее важной является динамическая, или вольт амперная характеристика – зависимость тока от длины дуги:

Крутопадающая, или мягкая. При росте тока в устройстве с такой характеристикой падает напряжение, что ограничивает его рост. Это обеспечивает более стабильную дугу при изменении расстояния до детали. В самодельных аппаратах небольшой мощности мягкая характеристика обеспечивается внутренним устройством – первичная и вторичная обмотки намотаны на разных частях магнитопровода. За счет особенностей конструкции без добавочных сопротивлений они могли работать с электродами определенного, для каждого аппарата своего, диаметра. В устройствах большей мощности динамическую характеристику смягчают балластные сопротивления. Эти методы могут совмещаться.

Пологопадающая, или жесткая характеристика. При жесткой характеристике напряжение не меняется, а ток, соответственно меняется при изменении длины дуги. Такие параметры имеют большие много постовые аппараты или автоматические устройства, поддерживающие постоянное расстояние между электродом и деталью.

Регулировка сварочного аппарата

Есть разные способы управления током сварочного аппарата.

С подвижными обмотками и сердечником

Жесткость характеристики зависит от магнитной связи между первичной и вторичной катушками. Для ее изменения необходимо поменять расстояние между первичной и вторичной обмотками или величину воздушного зазора в магнитопроводе. Для этого сердечник или катушку крепят на специальной гайке, а винт оснащается рукояткой. При ее вращении гайка накручивается и подвижная часть меняет свое положение, что приводит к изменению тока.

Этот способ применяется в аппаратах переменного напряжения, а также дополнительно оснащенных диодными мостами.

Подмагничивание сердечника постоянным напряжением

Еще одним способом управления является подмагничивание сердечника постоянным напряжением. Намагниченный сердечник увеличивает сопротивление магнитному потоку, созданному первичной обмоткой. Это уменьшает ток дуги.

Интересно! На аналогичном принципе основана работа магнитного усилителя. Это устройство применялось в системах управления электроприводом до появления тиристорных преобразователей.

Балластные сопротивления

Одним из самых распространенных и простых способов регулировки является использование балластного сопротивления:

Активный балластник. Представляет из себя несколько проволочных или ленточных сопротивлений, которые переключаются при необходимости изменить ток электросварки. Используются с аппаратами всех типов. В самодельных устройствах малой мощности вместо комплекта сопротивлений используется спираль или змейка из нихрома.
Индуктивный балластник. Это дроссель, индуктивность которого может меняться при необходимости изменением числа витков или величиной воздушного зазора в магнитопроводе. Устанавливается последовательно со вторичной обмоткой до диодного моста.

Тиристорное управление

Эта регулировка применяется в выпрямителях, в которых часть или все диоды заменены тиристорами. При изменении угла открывания меняется действующее значение напряжения и ток устройства. Управление углом осуществляется переменными резисторами или более сложными схемами.

Недостатком этой схемы является превращение постоянного напряжения в пульсирующее, что ухудшает качество шва.

Важно! При угле открытия более 90° падает амплитудное значение, что ухудшает процесс зажигания дуги.

Регулировка первичной обмотки

Регулировка токов сварочного трансформатора по первичке осуществляется тиристорным ключом – двумя тиристорами, включенными встречно-параллельно при помощи переменного резистора, соединяющего управляющие вывода или небольшой транзисторной схемы.

Регулировка тиристорным ключом первичек позволяет управлять аппаратами переменного напряжения.

Все эти способы регулировки теряют свое значение вместе со старыми аппаратами и распространением новых, инверторных. Они экономичнее, легче, а некоторые магазины предлагают обменять старый катушечный сварочник на новый. Но пока старые устройства находятся в эксплуатации знание того, как же регулируется сварочный ток в трансформаторе позволит выполнять сварочные работы более качественно.

Читайте также: