Сварочный аппарат из трехфазного трансформатора

Обновлено: 20.09.2024

В виду того, что в быту обывателям часто требуется работать с металлом, многие используют сварочные агрегаты. Но далеко не всем по карману приобретение дорогостоящего оборудования, из-за чего и возникает вопрос, как собрать сварочный аппарат своими руками. Процесс изготовления будет отличаться в зависимости от типа и конструктивных особенностей сварочного устройства.

Типы сварочных аппаратов

Современный рынок наполнен достаточно большим разнообразием сварочных аппаратов, но далеко не все целесообразно собирать своими руками.

В зависимости от рабочих параметров устройств различают такие виды устройств:

на переменном токе – выдающие переменное напряжение от силового трансформатора напрямую к сварочным электродам;
на постоянном токе – выдающие постоянное напряжение на выходе сварочного трансформатора;
трехфазные – подключаемые к трехфазной сети;
инверторные аппараты – выдающие импульсный ток в рабочую область.

Первый вариант сварочного агрегата наиболее простой, для второго понадобиться доработать классическое трансформаторное устройство выпрямительным блоком и сглаживающим фильтром. Трехфазные сварочные аппараты используются в промышленности, поэтому рассматривать изготовление таких устройств для бытовых нужд мы не будем. Инверторный или импульсный трансформатор довольно сложное устройство, поэтому чтобы собрать самодельный инвертор вы должны уметь читать схемы и иметь базовые навыки сборки электронных плат. Так как базой для создания сварочного оборудования является понижающий трансформатор, рассмотрим порядок изготовления от наиболее простого, к более сложному.

На переменном токе

По такому принципу работают классические сварочные аппараты: напряжение с первичной обмотки 220 В понижается до 50 – 60 В на вторичной и подается на сварочный электрод с заготовкой.

Перед тем, как приступить к изготовлению, подберите все необходимые элементы:

Магнитопровод – более выгодными считаются наборные сердечники с толщиной листа 0,35 – 0,5мм, так как они обеспечивают наименьшие потери в железе сварочного аппарата. Лучше использовать готовый сердечник из трансформаторной стали, так как плотность прилегания пластин играет основополагающую роль в работе магнитопровода.
Провод для намотки катушек – сечение проводов выбирается в зависимости от величины, протекающих в них токов.
Изоляционные материалы – основное требование, как к листовым диэлектрикам, так и к родному покрытию проводов – устойчивость к высоким температурам. Иначе изоляция сварочного полуавтомата или трансформатора расплавится и возникнет короткое замыкание, что приведет к поломке аппарата.

В данном примере мы рассмотрим вариант изготовления сварочного аппарата из блока питания микроволновки. Следует отметить, что трансформаторная сварка должна обладать достаточной мощностью, для наших целей подойдет сварочный аппарат хотя бы на 4 – 5кВт. А так как один трансформатор для микроволновки имеет только 1 – 1,2 кВт, для создания аппарата мы будем использовать два трансформатора.

Для этого вам понадобится выполнить такую последовательность действий:

оставив только низковольтную, в таком случае намотку первичной катушки уже делать не нужно, так как вы используете заводскую.

Удалите из цепи катушки на каждом трансформаторе токовые шунты, это позволит увеличить мощность каждой обмотки. Рис. 3: удалите токовые шунты
Для вторичной катушки возьмите медную шину сечением 10мм 2 и намотайте ее на заранее изготовленный каркас из любых подручных материалов. Главное, чтобы форма каркаса повторяла габариты сердечника. Рис. 4: намотайте вторичную обмотку на каркас
Сделайте диэлектрическую прокладку под первичную обмотку, подойдет любой негорючий материал. По длине ее должно хватать на обе половинки после соединения магнитопровода. Рис. 5: сделайте диэлектрическую прокладку
Поместите силовую катушку в магнитопровод. Для фиксации обеих половинок сердечника можно использовать клей или стянуть их между собой любым диэлектрическим материалом. Рис. 6: поместите катушку в магнитопровод
Подключите выводы первички к шнуру питания, а вторички к сварочным кабелям. Рис. 7: подключите шнур питания и кабели

Установите на кабель держатель и электрод диаметром 4 – 5мм. Диаметр электродов подбирается в зависимости от силы электрического тока во вторичной обмотке сварочного аппарата, в нашем примере она составляет 140 – 200А. При других параметрах работы, характеристики электродов меняются соответственно.

Во вторичной обмотке получилось 54 витка, для возможности регулировки величины напряжения на выходе аппарата сделайте два отвода от 40 и 47 витка. Это позволит осуществлять регулировку тока во вторичке посредством уменьшения или увеличения количества витков. Ту же функцию может выполнять резистор, но исключительно в меньшую сторону от номинала.

На постоянном токе

Такой аппарат отличается от предыдущего более стабильными характеристиками электрической дуги, так как она получается не напрямую с вторичной обмотки трансформатора, а от полупроводникового преобразователя со сглаживающим элементом.

Рис. 8: принципиальная схема выпрямления для сварочного трансформатора

Как видите, делать намотку трансформатора для этого не требуется, достаточно доработать схему существующего устройства. Благодаря чему он сможет выдавать более ровный шов, варить нержавейку и чугун. Для изготовления вам понадобится четыре мощных диода или тиристора, примерно на 200 А каждый, два конденсатора емкостью в 15000 мкФ и дроссель. Схема подключения сглаживающего устройства приведена на рисунке ниже:

Рис. 9: схема подключения сглаживающего устройства

Процесс доработки электрической схемы состоит из таких этапов:

В связи с перегревом трансформатора во время работы, диоды могут быстро выйти со строя, поэтому им нужен принудительный отвод тепла.

Для подключения лучше использовать луженные зажимы, так как они не потеряют изначальную проводимость от больших токов и постоянной вибрации.

Рис. 12: используйте луженные зажимы

Толщина провода выбирается в соответствии с рабочим током вторичной обмотки.

Подключите силовые конденсаторы и дроссель во вторичную цепь диодного моста. Рис. 13: подключите силовые конденсаторы
Подсоедините к выводам сглаживающего устройства сварочные шлейфа, установите держатели для электродов – сварочный аппарат постоянного тока готов.

При сварке металлов таким аппаратом всегда следует контролировать нагрев не только трансформатора, но и выпрямителя. А при достижении критической температуры делать паузу для остывания элементов, иначе сварочный агрегат, сделанный своими руками, быстро выйдет со строя.

Инверторный аппарат

Представляет собой довольно сложное устройство для начинающих радиолюбителей. Не менее сложным процессом является подборка необходимых элементов. Преимуществом такого сварочного аппарата являются значительно меньшие габариты и меньшая мощность, в сравнении с классическими устройствами, возможность реализовать точечную сварку и т.д.

Рис. 14: принципиальная схема импульсного блока

В работе такая схема преобразует переменное напряжение из сети в постоянное, затем, при помощи импульсного блока, выдает ток большой амплитуды в область сварки. Этим и достигается относительная экономия мощности аппарата по отношению к его производительности.

Конструктивно инверторная схема сварочного аппарата включает в себя такие элементы:

диодный выпрямитель с магазином емкостей, балластным резистором и системой плавного пуска;
система управления на основе драйвера и двух транзисторов;
силовая часть из управляющего транзистора и выходного трансформатора;
выходная часть из диодов и дросселя;
система охлаждения из кулера;
система обратной связи по току для контроля параметра на выходе сварочного аппарата.

Для изготовления сварочного инвертора вам понадобится самостоятельно намотать силовой трансформатор, трансформатор тока на базе ферритового кольца. Для моста лучше использовать готовую сборку из быстродействующих полупроводниковых элементов.

К сожалению, большинство других элементов вряд ли найдутся под рукой в гараже или у вас дома, поэтому их придется заказывать или приобретать в специализированных магазинах. Из-за чего сборка инверторного блока своими руками обойдется не дешевле заводского варианта, а с учетом затраченного времени, еще и дороже. Поэтому для инверторной сварки лучше приобрести готовый аппарат с заданными рабочими параметрами.

Как сделать сварочный аппарат самостоятельно

Сварочные аппараты

Сделать сварочный аппарат своими руками может любой домашний мастер, имеющий навыки в области электротехники. Перед началом работы рассчитывают параметры всех компонентов оборудования. От правильности их выбора будет зависеть качество сварных соединений, получаемых с помощью сделанных в домашних мастерских агрегатов.

Схема и конструкция устройства

Самодельному сварочному аппарату присуще простое строение. Для сборки применяют схемы, включающие:

Трансформатор понижающего типа. Компонент уменьшает напряжение поступающего от сети электричества до 50-70 В, повышая силу тока до нужных величин. Это помогает снизить потребление энергии до минимальных значений.
Сварочные кабели. Используются для подачи вырабатываемого трансформатором тока к электродам. Провод должен иметь увеличенную толщину и прочную изоляцию.
Держатель с электродами. Стержни, обработанные специальным составом, способствуют быстрому розжигу и уверенному горению дуги. Последняя становится источником тепла, необходимого для расплавления металлов.

Каким образом работает сварочный аппарат

Характер функционирования агрегата основывается на законе Ома. При постоянной мощности сила тока определяется напряжением. Для расплавления металла нужно 60-150 А. Если устройство питается от сети 220 В, оно будет потреблять 20-30 кВт. Для этого придется прокладывать отдельную электрическую линию, т. к. бытовая электропроводка выдерживает не более 10 кВт. Варить нужно с соблюдением особых требований техники безопасности. В нормальных условиях обеспечить это невозможно.

С учетом таких нюансов, сварочный агрегат должен повышать силу тока, понижая напряжение. Оптимальным считается значение в 60 В. Для его получения используют трансформаторы или инверторы.

Основные типы аппаратов и возможность их домашнего изготовления

Существует 4 разновидности оборудования:

Любой из рассмотренных вариантов может быть собран своими руками, однако начинать рекомендуется с простого устройства – трансформатора.

Выбор основных элементов

Питающий блок сварочного агрегата состоит из сердечника и обмоток. Первый можно приобрести в готовом виде или собрать самостоятельно.

Сердечник для сварочника

Основной компонент аппарата изготавливается из стальных профилей. Сделать его самостоятельно сложно. Проще найти готовую деталь на заводах, в пунктах сбора металла. Конструкция имеет вид прямоугольника площадью более 55 см². При сборке устанавливают болт, с использованием которого задают положение подвижной вторичной обмотки по отношению к стационарной первичной.

Обмотка проводов и особенности намотки

На первом этапе формируется первичная часть. Для этого накладывают 210-215 витков. Поверх устанавливают текстолитовую планку, на которой болтами фиксируют концы провода. После этого приступают к формированию вторичной обмотки. Она состоит из 70 витков. Концы также прикрепляют к текстолитовой пластине.

Трансформатор можно применять в таком виде или модифицировать на следующих этапах.

Переменный ток или постоянный

Чтобы выбрать вариант и правильно собрать устройство, необходимо ознакомиться с особенностями каждого из них:

Прибор, работающий с переменными параметрами, должен давать напряжение 60 В и силу тока до 160 А. Для определения характеристик провода, подсоединяемого к сети 220 В, применяют специальные таблицы. Сечение не должно превышать 7 мм². Оптимальной считают величину 3 мм². При создании прибора для работы с алюминием данный параметр умножают на 1,6. Кабель обматывают тканевой изоляцией, препятствующей короткому замыканию. Вторую обмотку делают из толстого медного провода.
Аппарат, функционирующий на постоянном токе. Оборудование применяют для сварки стальных или чугунных деталей. Для создания самоделки этого типа требуется минимум времени. Вторичная часть катушки здесь подключается через диодный выпрямитель. Блок должен выдерживать до 200 А, обладать качественной системой охлаждения. Для выравнивания силы тока в схему включают конденсаторы, для регулировки параметров – дроссель.

Аппарат на основе ЛАТР

Для формирования вторичной обмотки с базового лабораторного автотрансформатора снимают защитный кожух, ползунок и крепежные элементы. Имеющуюся жилу изолируют лакотканью. Поверх нее накладывают понижающую вторичную намотку. Она состоит из 70 витков алюминиевой или медной жилы сечением 25 мм².

Доработанный ЛАТР устанавливают в металлический корпус с отверстиями для циркуляции воздуха. Поверх блока устанавливают текстолитовую плату с тиристорами, выключателем, светодиодным индикатором и сварочными клеммами. В схему включают радиаторы, охлаждающие подверженные перегреву блоки.

Изготовление мощного трансформатора

Сборку осуществляют в несколько шагов.

Что потребуется

Для создания трансформатора своими руками понадобятся электротехническая сталь, медные провода, изоляционный материал, крепежные элементы.

Упрощенная формула расчета

Если возможность выполнения сложных вычислений отсутствует, можно воспользоваться типовыми параметрами, к которым относятся:

Процесс сборки

Для изготовления сердечника потребуются стальные пластины толщиной 0,35-0,55 мм.

Размер готовой конструкции зависит от сечения провода. Опытные сварщики умеют определять требуемые параметры без расчетов.

Г-образные пластины укладывают так, чтобы они образовывали прямоугольник. После получения сердечника нужной толщины угловые части пластин скрепляют болтами. Конструкцию зачищают надфилем, изолируют. После этого выполняют намотку стандартным способом.

Добавление сварочного выпрямителя

Самодельный трансформатор представляет собой простой блок питания. Стабилизатор напряжения устроен также, как подобная деталь зарядного устройства телефона. В стандартную схему диодного моста включают конденсаторы, нейтрализующие переменные импульсы. Выпрямитель можно изготовить и без этих деталей, однако прочность шва будет более низкой.

Для изготовления моста применяют диоды Д161-250. Поскольку под нагрузкой они выделяют тепловую энергию, требуется установка радиаторов. Диоды фиксируются на них болтами. Рядом с радиаторами устанавливают вентилятор, отводящий тепло в окружающую среду.

Устройство из трехфазного трансформатора

Если ЛАТР найти невозможно, сварочный аппарат конструируют из блока питания 380/36 В. 3-фазный трансформатор используется в работе осветительных систем или электроинструментов. Допускается применение блока с одной сгоревшей обмоткой. Агрегат будет питаться от бытовой или промышленной сети. В процессе сборки выполняют следующие действия:

Изготавливают клеммы для крепления вторичной намотки из полой трубки. Один конец делают плоским, в нем просверливают отверстие для фиксации провода.
Заменяют расположенные в верхней части трансформатора винты с гайками М6 на болты М10.
Изготавливают текстолитовую плату для вывода концов обмотки. В ней проделывают 10-11 отверстий, в которые вставляют винты М6. Плату устанавливают на верхнюю панель трансформатора.
Крайние первичные намотки подключают друг к другу параллельно. Средняя подсоединяется последовательно.

Изготовление регулятора тока

Сделать простое устройство можно из 2 тиристоров и подручных средств. Регулирующий аппарат включается в цепь преобразуемого тока. RC определяет точку размыкания тиристоров, после чего сопротивление резистора меняется. Такое устройство помогает выбирать напряжение по энергии переменного тока. Настройку прибора выполняют под напряжением, остальные радиоэлементы должны быть отключенными от схемы. Резисторы и филдисторы можно заменять динисторами, однако такие компоненты работают нестабильно.

Устройства регулировки для контактного сварочника изготавливать самому нецелесообразно. Для сборки требуются дорогие детали, результат может отличаться от желаемого.

Компактный сварочник для проволоки

Если работать с толстыми деталями не придется, можно собрать мини-сварку своими руками. Она используется для пайки проволоки или тонкой жести. В основу агрегата ложится трансформатор от СВЧ-печи или другого бытового прибора. Вторичную обмотку заменяют медной жилой с сечением 2-3 мм². Энергопотребление не должно составлять более 3 кВт. Схема рассчитывается так же, как при изготовлении сварочного трансформатора своими руками. При сборке выпрямителя применяют маломощные диоды.

Устройство для спайки проводов

Если прибор будет предназначаться только для работы с тонкими жилами, например, при установке распределительных щитков, обходятся микросварочным прибором. Размер устройства составляет 7-10 см. Оно собирается на основе транзистора КТ835. Трансформатор наматывают самостоятельно, придавая ему вид высокочастотного повышающего преобразователя.

В отличие от стандартных схем, конструкция использует высокое напряжение (до 30000 В). При сварке этим устройством соблюдают технику безопасности. Трансформатор изготавливают на базе ферритового стержня. Первая обмотка включает 20 витков диаметром 1 мм, вторая – из 500. В схему вводят резисторы, препятствующие перегреву прибора на холостом ходу.

Используя маленький аппарат, формируют жгуты проводов, разрезают тонкие листовые металлы. Вместо электрода применяют толстую иглу.

Аппарат для сварки из мотора

Чтобы собрать простой агрегат из статора, выбирают электродвигатель, имеющий нужные параметры. Рекомендуется использовать мотор 2А мощностью 7-15 кВт с большим окном магнитопровода. Для изготовления аппарата выполняют следующие действия:

Устанавливают статор на кирпичи. Внутрь укладывают дрова, поджигают их. Через несколько часов прожарки магнитопровод отделяется от корпуса. При необходимости кабели также удаляют после термической обработки.
Полученную заготовку пропитывают масляным лаком, просушивают. Ускорить процесс помогает тепловая пушка. Лаковая пропитка препятствует рассыпанию конструкции после удаления стяжек, необходимого для повышения мощности трансформатора.
Из картона делают 2 торцевые заготовки. Из этого же материала изготавливают 2 гильзы – внешнюю и внутреннюю.
Устанавливают накладки на заготовку. Монтируют цилиндры, обматывают конструкцию стеклолентой. Покрывают деталь лаком, просушивают.
Наматывают на полученный сердечник 20 витков медной жилы толщиной более 1,5 мм, подают напряжение в 12 В. Замеряют силу тока, она должна составлять около 2 А. При получении большего значения увеличивают число витков, и наоборот.
Подсоединяют один конец вторичной намотки к диодному мосту. Так трансформатор можно будет использовать для запуска автомобиля вместо аккумулятора. Для сварки напряжение должно составлять 60-70 В. Аппарат будет совместим с электродами диаметром 3-5 мм.
При наличии свободного места добавляют 4 витка медной шины. Так получают отличный агрегат для точечной сварки тонкого листового металла.
Изготавливают корпус из пластика или текстолита. В местах соединения катушки с кожухом устанавливают резиновые прокладки.

Изготовление инвертора для опытных мастеров

Сборка самодельного аппарата такого типа достаточно сложна. Для этого нужно обладать опытом ремонта электронных устройств. Однако приобретать дорогие детали и узлы для этого необязательно. Блок питания извлекают из нерабочего компьютера или телевизора.

Схема прибора

При первой сборке рекомендуется использовать простую готовую схему, включающую следующие элементы:

Питающий блок для преобразователя и управляющей системы. Изготавливается из оптрона, используемого для подачи тока компонентам компьютера.
Блок накопления заряда для дежурной дуги. Изготавливается на базе транзисторов КТ972, которые размещаются на радиаторах. Для соединения этих компонентов используют автомобильные реле на 40 А. Для управления применяются защитные автоматы номиналом 25 А. Напряжение холостого хода составляет 300 В, при сварке этот параметр снижается до 50.
Преобразователь тока. Самыми важными частями этого блока являются катушки индуктивности. Настройку их параметров производят посредством резисторов. При несогласованности значений ток имеет недостаточную силу.
ШИМ из печатной платы US3845. Деталь снабжают транзисторами марки КТ972.

Рассматриваемая схема инвертора преобразует поступающее от сети переменное напряжение в постоянное. Это помогает получить ток с характеристиками, требуемыми для формирования прочного сварного соединения.

Необходимые элементы

Для сборки агрегата понадобятся:

компьютерный блок питания;
медные провода;
микросхема US3845 (приобретается в готовом виде);
корпус от старой СВЧ-печи или системного блока;
транзисторы.

Процесс изготовления

Сборку начинают с переделки силового трансформатора с ферритовым основанием. Выпрямительный мост снабжают готовыми компонентами из быстродействующих полупроводников. После доработки трансформатора, следуя схеме, соединяют следующие элементы:

диодный выпрямитель с запасом мощности, балластным регулятором, средством медленного пуска;
управляющий блок на основе 2 транзисторов и драйвера;
трансформаторную силовую часть;
выходной компонент из дросселя и диодов;
охлаждающую систему из компьютерного кулера;
систему контроля параметров выходного тока.

Все компоненты устанавливают на текстолитовую плату толщиной 1,5 мм. Конструкцию вводят в металлический кожух. Использовать пластиковый корпус нежелательно.

Особенности работы трехфазного сварочного аппарата

Сварочные аппараты на 380 вольт распространены в производстве и строительстве из-за мощности и неприхотливости. Использование трехфазных устройств позволяет работать с электродами больших диаметров и металлами максимальной толщины.

Сварка по сравнению с однофазными аппаратами получается более мягкой. При работе в составе производственных линий также используется трехфазное оборудование.

Виды трехфазных устройств

Трехфазные сварочные аппараты бывают трех видов:

трансформаторные;
выпрямительные;
инверторные.

Сварочное оборудование первого вида в основе имеет трехфазный трансформатор. Первичная обмотка состоит из трех обмоток соединенных звездой, а вторичная понижающая обмотка соединяется треугольником.

Если для сварки используется переменный ток, то с каждой фазы вторичной обмотки отдельным проводом к электроду через дроссель подается пониженное напряжение. По сравнению с однофазным сварочным трансформатором сварка получается более мягкой, электрическая дуга становится стабильней, просадка напряжения меньше.

Выпрямительные аппараты на выходе вторичной обмотки имеют три полумостовые схемы собранные из мощных диодов. Как и в первом случае с каждого выпрямителя ток подается на сварочный электрод.

Пульсации по сравнению с выпрямителем на одной фазе значительно меньше, соответственно сварочный ток более стабилен, что сказывается на качестве сварки.

В инверторах на три фазы при одинаковой мощности сварки можно использовать менее мощные диоды и транзисторы, но это практически так не делают. Наоборот применение трехфазного напряжения позволяет получать аппараты большой мощности при малых габаритах и массе.

Преимущества и недостатки

Все трехфазное оборудование для сварки относится к категории профессиональных устройств. Многие из них способны производить сварку в непрерывном режиме, то есть ПВ равно 100%. На строительстве трехфазные трансформаторные и выпрямительные сварочные аппараты до сих пор не имеют альтернатив.

Они не боятся пыли, грязи, работают при низких температурах, что противопоказано инверторам. Однофазные приборы трансформаторного типа тоже могут работать в таких же условиях, но у них мощность меньше и пульсации тока больше.

Соответственно, они не могут сравниться с трехфазными устройствами по качеству сварки, диаметру электродов и толщине свариваемого металла.

Использование трехфазного тока в инверторах, тоже имеет свои преимущества. Применяя одинаковую элементную базу, получают более мощный прибор с большими сварочными токами, что позволяет работать практически с любыми изделиями.

Схема прибора отличается незначительно. Используется тот же широтно-импульсный модулятор. Преобразование высокого в пониженное напряжение происходит на частоте порядка 40-100 кГц.

Единственный недостаток этих устройств заключается в том, что не всегда и не везде можно подключиться к трехфазному источнику питания на 380 В, и цена у них значительно выше, чем у однофазных аппаратов.

Подключение

В отличие от однофазных, оборудование для сварки с использованием трех фаз на конце питающего кабеля имеют четырех или пяти штырьковую вилку. Если в помещении имеется соответствующая розетка, нужно просто подключить сварочный аппарат через нее.

Но, иногда, особенно в условиях строительства, когда нет соответствующих розеток, концы кабеля через болтовое соединение подключаются к фазам дизельного генератора или трансформаторной подстанции.

При выборе оборудования для сварки в условиях домашней мастерской и наличии на участке трехфазного электроснабжения стоит остановиться на трехфазном сварочном аппарате. При этом он должен обеспечивать режимы ручной дуговой сварки и в среде защитных газов (MMA, MAG/MIG).

Тогда он даст практически неограниченные возможности в сварочном деле. Так как они предусмотрены для профессионалов, то имеют много дополнительных функций и настроек.

По мере приобретения навыков можно осваивать новые возможности устройства, что, несомненно, окажется очень полезным для хозяина. В отличие от однофазного аппарата он не будет просаживать напряжение во время работы, распределяя нагрузку по всем фазам, и соответственно не будет жалоб от соседей.

Читайте также: