Обновлено: 17.05.2024

Перед радиолюбителем или любым мастером самоделкиным встаёт вопрос, где взять сварочный трансформатор, для работ часто возникающих на даче и дома, которые необходимо устранить при помощи сварочных работ. Сварочный аппарат вы можете сделать сами. Изготовление сварочного трансформатора сделано по методике написанной ранее Изготовление трансформатора для РА

Предъявляемые требования к данному трансформатору должны быть следующие:
- быть малогабаритным и легко переносным
- мало потребляющим ток, когда не производится сварка или резка.
- возможность производить сварку переменным током.
- обеспечить использование для сварки часто встречающихся марок электродов
- по возможности получить, как можно больший выбор диаметров применяемых электродов, как для сварки так и резки металла.

Все эти требования продиктованы не возможностью создать что-то, а теми условиями, с которыми приходится сталкиваться большинству радиолюбителей и тем, кто занимается конструированием.

Для получения среднего по весу сердечника будущего вашего сварочного трансформатора использованы пластины шириной в 200 мм от трансформаторных подстанций с масляным охлаждением и длиной 1,60 м.

Сечение окна трансформатора 150 cм. квадратных для первичной обмотки трансформатора необходимо использовать провод диаметром от 2,0-3,0 мм более нет смысла наматывать, так как остальное увеличение диаметра не добавит вам большого тока в первичной обмотке, а вот вес у вас прибавится.

Для вторичных обмоток трансформатора необходимо использовать все, что есть у вас под рукой. Желательно использовать только то, что обладает достаточной гибкостью при намотке. Хорошо себя зарекомендовала медная шина сечением от 2х8 мм до 2х16 мм, 2х18 мм, 2х20 мм, жила от гибких кабелей сечением 18, 20 квадратных мм в резиновой изоляции. Более другие сечения достаточно жесткие и трудно наматываемые на трансформаторы такого вида.

Прежде всего каждому надо определится под какой электрод или под какие диаметры электродов вам необходимо делать ваш варочный трансформатор, от этого будет зависеть и вес и ток. Мы будем исходить из того что вы хотите охватить как можно больше часто встречающихся диаметров электродов и чтобы не быть "привязанными" к одному диаметру электрода.

Для регулировки тока вашего трансформатора произведена регулировка по предварительно подобранным виткам первичной обмотки рис1.

Для намотки для сетевой обмотки трансформатора использован провод - 2,5 мм, для вторичной обмотки была использована медная шина сечением - 2 х 12 мм. В первичной обмотки трансформатора намотано - 250 витков, при этом ток холостого хода - 1,5 А. (ток первичной обмотки вашего трансформатора). После получения тока в 1 ампер необходимо домотать сетевую обмотку для получения тока в 100 mА.

Все это нам необходимо для того, чтобы наш сварочный трансформатор при включении в сеть 220V потреблял малый ток.
Ток выбран из расчета 100 mA, это во первых небольшой ток и пока вы готовитесь к сварке ваш счетчик намотает совсем мало, вся основная нагрузка только на время сварки или резки. Это хорошая экономия ваших денег особенно в это нестабильное время.

Для вторичной обмотки надо ориентироваться на напряжение 40-50 вольт. Количество витков не приводится, так как все зависит от имеющегося у вас материала.

На этом отводе с током в 1А (резка) вы будете производить резку металла электродом в 4 мм и с несколько худшими характеристиками электродом в 5 мм. Электродом в 3 мм можно производить резку с применением добавочного сопротивления применяемого сварщиками, так как при резке из-за большого тока после сгорания электрода на 50% сам электрод краснеет, что приводит к прилипанию в случае кратковременного прекращения работы.

Для сварки под диаметры в 5, 4, 3 мм надо ориентироваться на ток под электрод диаметром в 3мм. Почему ориентироваться на электрод диаметром 3мм - это самый рапостраненный электрод для работ с более тонкими металлами и часто применяемый радиолюбителями для разного вида сварок своих конструкций.

В качестве переключателя можно использовать любой переключатель способный выдержать ток до 20А.

В следствии большого тока при применении электродов 4, 5 мм и долгой работе с электродами диаметром 3 мм необходимо не забывать давать вашему сварочному отдохнуть.

Для сварки используются стандартные или самодельные держатели электродов, которые несложно сделать каждому. Для хорошего контакта с массой при сварке применена самодельная струбцина, к которой прикреплен провод "массы".

П-образный сварочный трансформатор

Наиболее распространенным типом среди сварочных трансформаторов промышленного изготовления являются всевозможные варианты П-образных трансформаторов. Немудрено, что именно этот тип трансформатора встречается наиболее часто и среди самодельных сварочных трансформаторов. Его отличительными особенностями являются хорошие сварочные характеристики и относительная простота в изготовлении. Основные части любого трансформатора - катушки и набор магнитопровода, здесь обычно собираются отдельно друг от друга, что удобно, и лишь в конце объединяются в единую конструкцию. Раздельное изготовление каждой катушки не только упрощает процесс сборки, но и повышает добротность и надежность конструкции, так как в этом случае возможно применить и рационально разместить более жесткие провода большего сечения. Надо отметить, что подобной эффективностью при сборке отличаются далеко не все типы конструкций самодельных сварочных трансформаторов.

Самодельный сварочный трансформатор

Чаще всего именно магнитопровод является наиболее дефицитным материалом при изготовлении сварочного трансформатора своими руками. Для самодельных конструкций обычно используются пакеты пластинок трансформаторного железа, снятые с негодных одно- и трехфазных промышленных трансформаторов разного назначения.

Пластины трансформаторного железа

Магнитопровод П-образного трансформатора собирается из пластин двух размеров: одинаковой ширины и толщины, но разной длины. Более длинные пластины идут под плечи катушек, короткие на замыкающие плечи. Хотя и это условие может быть нарушено, магнитопровод можно собрать из пластин одинаковой длины, тогда он получится квадратным. Ухудшение сварочных характеристик в этом случае не будет слишком заметно, хотя заметной может оказаться прибавка в весе. При сборке направление пластин может чередоваться - одна через одну, или же можно чередовать пакетами по три пластины, последнее распространено при промышленной сборке. Хотя при ручной сборке набор пакетами по три не даст ощутимых преимуществ.

Схема изображенная ниже считается схемой силового трансформатора, у которого магнитное рассеивание минимально, - в идеале его внешняя характеристика должна устремляться в сторону жесткой.

Схема силового трансформатора: 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка

Если схема трансформатора выполнена по схеме изображенной выше, то на противоположных плечах в идеале должно размещаться ровно по половине первичной и вторичной обмоток трансформатора. Однако на практике это может быть и не так, особенно если катушки выполнены с регулирующими отводами.

Получившие распространение в фирменных аппаратах - более сложные схемы с подвижными обмотками, магнитным шунтированием магнитопровода, интегрированным в магнитопровод дросселем в быту, как правило, не используются ввиду сложности реализации. Про конструкции фирменных сварочных аппаратов читайте в статье Типы сварочных аппаратов.

Кроме приведенной выше схемы, используются и другие способы расположения обмоток.

Схемы сварочного трансформатора: а - обмотками разнесенными на разные плечи, б - дисковые обмотки, в - часть вторичной обмотки намотана поверх первичной (другая часть на противоположном плече), 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка

Что это может дать? Рассмотрим два крайних случая - схему силового трансформатора и схему с обмотками разнесенными на разные плечи (этот случай достаточно редкий). Для примера приведем характеристики П-образного трансформатора, который изготавливался на одном и том же магнитопроводе сначала по одной, а потом по другой схеме расположения обмоток. Трансформатор этот намотан на магнитопроводе с внешними размерами 15,4х18 см, сечение - 34,5 см 2 . Его первичная обмотка и в первом и во втором случае содержала 260 витков провода диаметром 2,4 мм, вторичная имеет выход на 47В при холостом ходе. В случае с намоткой катушек по схеме силового трансформатора, трансформатор развивал в дуговом режиме ток около 160А, а отношение тока сварки к току короткого замыкания у него было 1,5-1,6. При разнесенных обмотках средний выходной ток при сварке приближался к значению около 100А, дуга горела мягко и устойчиво, ток же короткого замыкания в этом случае превышал ток сварки в 1,1-1,2 раза. Налицо совершенно различные характеристики двух схем трансформаторов при аналогичных обмоточных данных и значительная разница в мощности.

Однако может существовать и промежуточный вариант расположения обмоток, к тому же иногда он бывает чрезвычайно целесообразен. В этом случае часть вторичной обмотки намотана поверх первичной, а оставшаяся часть на противоположном плече, где витков первичной нет. При промежуточном варианте достигается больший прирост тока по сравнению со схемой с разнесенными обмотками, но меньшая мощность, чем в случае силового трансформатора. Зачем такое может понадобиться? Как известно, для уменьшения мощности следует увеличивать количество витков первичной обмотки, что влечет за собой увеличение числа витков и вторичной, - приходится больше мотать провода, провод занимает место. В компактных магнитопроводах может оказаться, что места для лишних витков попросту нет. Тогда придет на помощь комбинированная схема, когда уменьшение мощности ведется не за счет витков, а за счет иного расположения обмоток. При этом одна секция вторичной обмотки может содержать 30-60% от полного числа вторичных витков. Чем большая часть витков вторичной обмотки расположена поверх первичной, тем большей будет выходная мощность и выше ток.

В другом промежуточном варианте - трансформаторе с дисковыми обмотками, первичная и вторичная обмотки отдалены друг от друга незначительно. Эти трансформаторы имеют развитое электромагнитное рассеяние, но не такое сильное как в варианте с обмотками разнесенными на разные плечи. Такой трансформатор имеет, необходимую, падающую внешнюю характеристику. Регулировка сварочного тока, обычно, достигается изменением расстояния между обмотками, которые выполняются подвижными. В бытовых условиях трудно выполнить трансформатор с подвижными обмотками, но остается возможность откорректировать расстояние после пробной сварки (если для этого было предусмотрено место). Но при этом, существенно увеличив высоту магнитопровода, можно не получить ожидаемого диапазона изменения тока. Большинство промышленных сварочных трансформаторов выполнено с дисковыми обмотками.

Выгодное отличие П-образного трансформатора в том, что катушки можно изготовить отдельно от магнитопровода. Про их изготовление читайте в соответствующей статье Обмотка сварочного трансформатора. На завершающей стадии сборки П-образного трансформатора готовые катушки одеваются на уже сложенный П-образный фрагмент магнитопровода, после чего набиваются пластины заключительного верхнего плеча. Потом магнитопровод плотно стягивается на краях с помощью пластин и шпилек, а в зазоры между каркасами катушек и железом забиваются фиксирующие колышки. В некоторых случаях пластины имеют на краях отверстия, что дает возможность стягивать магнитопровод шпильками сквозь отверстия по его углам. В этом случае шпильки следует изолировать: натянуть кембрик, обмотать изолентой или просто покрасить. Также следует обязательно изолировать шпильки и гайки от стягивающих пакеты пластин, подложив в места сопряжения изолирующие шайбы. Если этого не сделать, то будет иметь место ситуация, аналогичная короткозамкнутому витку, и, как следствие, разогрев магнитопровода, падение мощности и ухудшение свойств трансформатора.

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

Обмотка сварочного трансформатора

Предполагается, что при стремлении к максимальной экономии, в самодельных конструкциях сварочных трансформаторов могут использоваться нестандартные решения построения обмоток, старые, бывшие в употреблении провода и материалы, несвойственные для промышленного сварочного оборудования.

Учитывая высокую мощность, для обмоток сварочного трансформатора понадобится провод относительно большого сечения. Развивая в режиме сварки значительный ток, трансформатор постепенно нагревается. Скорость нагрева зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является диаметр или площадь поперечного сечения провода его обмоток. Чем толще провод, тем лучше он пропускает ток, тем меньше нагревается и, наконец, тем лучше он рассеивает тепло. Основной характеристикой здесь является плотность тока (А/мм 2 ), чем выше значение плотности тока в проводах, тем интенсивнее будет происходить разогрев трансформатора. Наиболее распространенным материалом для провода является медь, хотя обмоточный провод может быть и алюминиевым. Обмотки из медного провода получаются компактнее, так как медь позволяет использовать в 1,6 раз большую плотность тока, нежели алюминиевый провод. Зато алюминиевый провод дешевле, а обмотки из него получаются легче.

В промышленных трансформаторах плотность тока не превышает значения 5 А/мм 2 для медного провода. Но для самодельных трансформаторов удовлетворительным результатом можно считать для меди даже 10 А/мм 2 . С увеличением плотности тока резко ускоряется нагрев трансформатора. Нередки случаи, когда в самоделках для первичной обмотки используются провода, выдерживающие токи более высокой плотности - до 20 А/мм 2 . Но в этом случае трансформатор нагреется до температуры порядка 60 градусов уже после использования подряд 2-3 электродов, потом придется ждать, пока обмотки остынут. Время перерыва на охлаждение будет сильно зависеть от конструкции аппарата: как у него организовано охлаждение и насколько хорош теплоотвод из катушек. Если варить предполагается немного, а лучших материалов все равно не предвидится, то можно намотать проводом и с сильной перегрузкой. Хотя это, конечно, неизбежно уменьшит надежность сварочного трансформатора. Оптимальным для самодельных трансформаторов можно считать плотность тока до 7 А/мм 2 .

Кроме сечения и металла, другой важной характеристикой провода является способ его изоляции. Провод может быть просто покрыт лаком, умотан в один или два слоя нитки или ткани, которые в свою очередь могут быть пропитаны или нет лаком. От типа изоляции сильно зависит надежность обмотки, ее максимальная температура перегрева, влагостойкость, изоляционные качества. Наилучшим вариантом является изоляция из стеклоткани, пропитанной теплостойким лаком.

Изоляция провода ХБ изолентой

Наименее желательным, но самым доступным материалом для самоделок являются обычные провода ПЭЛ, ПЭВ 1,6-2,4 мм в простой лаковой изоляции. Такой провод легче всего достать, он наиболее распространен: его можно снять с катушек дросселей и трансформаторов отслужившего свой век оборудования. Осторожно снимая старые провода с катушек, необходимо следить за состоянием их покрытия и слегка поврежденные участки дополнительно изолировать. Хуже, когда катушки с проводом были дополнительно пропитаны лаком или закрашены, их витки между собой склеились и, при попытке рассоединения, затвердевшая пропитка часто срывает и собственное лаковое покрытие провода, оголяя металл. В редких случаях, при отсутствии других материалов, мотают обмотки даже монтажным проводом в хлорвиниловой изоляции. Их недостатки: лишний объем изоляции и плохой теплоотвод.

Основные характеристики обмоточных проводов

ПЭВ, ПЭМ - провода, эмалированные высокопрочным лаком (соответственно, винифлекс и металвин), выпускаются с тонким (ПЭВ-1, ПЭМ-1) и усиленным изоляционными слоями (ПЭВ-2, ПЭМ-2); ПЭЛ - провод, эмалированный лаком на масляной основе; ПЭЛР-1, ПЭЛР-2 - провода, эмалированные высокопрочным полиамидным лаком, соответственно с тонким и усиленным слоями изоляции; ПЭЛБО, ПЭВЛО - провода на основе проводов типа ПЭЛ и ПЭВ с одним слоем, соответственно, хлопчатобумажной пряжи или лавсана; ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2 - провод, эмалированный высокопрочной полиуретановой эмалью, теплостойкой, с тонким и усиленным слоями изоляции; ПЛД - провод, изолированный двумя слоями лавсана; ПЭТВ - провод, эмалированный теплостойким высокопрочным полиэфирным лаком; провода типа ПСД- с изоляцией из бесщелочного стекловолокна, наложенного двумя слоями с подклейкой и пропиткой теплостойким лаком (в обозначениях марок: Т - утонённая изоляция, Л - с поверхностным лаковым слоем, К - с подклейкой и пропиткой кремнийорганическим лаком); ПЭТКСОТ - провод, изолированный теплостойкой эмалью и стекловолокном; ПНЭТ-имид - провод изолированный высокопрочной эмалью на полиимидной основе. Под толщиной изоляции в таблице принимается разность между максимальным диаметром провода и номинальным диаметром по меди.

Качеству укладки первичной обмотки сварочного трансформатора всегда следует уделять наибольше внимание. Первичная обмотка содержит большее количество витков, чем вторичная, плотность ее намотки выше, чаще всего она больше греется. Первичная обмотка находится под высоким напряжением, при ее межвитковом замыкании или пробое изоляции, скажем, через попавшую влагу, вся катушка быстро "сгорает". Как правило, восстановить ее без разборки всей конструкции невозможно.

Провод обмотки может состоять и из кусков, даже метров по десять, если получилось достать только такой. В этом случае он наматывается частями, а концы соединяются между собой. Для этого пролуженные кончики соединяются (не скручивая) и скрепляются несколькими витками тонкой медной жилы без изоляции, потом окончательно пропаиваются и изолируются. Такое соединение не дает трещин в проводе и не занимает большого объема.

Для начала нужно выбрать ровное прямое пространство, где жестко устанавливаются два колышка или крючка, с расстоянием между ними, равным длине провода вторичной обмотки - 20-30 м. Потом между ними протягивается без прогиба несколько десятков жил тонкого провода - получается один вытянутый пучок. Далее один из концов пучка отсоединяется от опоры и зажимается в патрон электродрели. На небольших оборотах весь пучок, в слегка натянутом состоянии, за несколько приемов закручивается в единый провод. В процессе закручивания пучок проводов необходимо периодически встряхивать, держась за один конец, дабы закрутка равномерно разошлась по всей длине провода. После скручивания длина немного уменьшится. На концах получившегося многожильного провода нужно будет аккуратно обжечь лак и зачистить кончики каждого проводка отдельно, а потом их залудить и надежно спаять все вместе. После всего провод желательно изолировать, обмотав его по всей длине, например, тканевой изолентой.

Во многих конструкциях трансформаторов объем окон магнитопровода, в которые необходимо укладывать несколько обмоток толстыми проводами, сильно ограничен. Поэтому в этом пространстве магнитопровода дорог каждый миллиметр. При малых размерах сердечников изоляционные материалы должны занимать как можно меньший объем, т.е. быть как можно тоньше и эластичнее.

Распространенную ПВХ-изоленту можно сразу же исключить из применения на греющихся участках трансформатора. Даже при незначительном перегреве она становится мягкой и постепенно разлазится или продавливается проводами, а при значительном перегреве плавится и пенится. Для изоляции и бандажа можно использовать фторопластовые, стекло- и лакотканевые, киперные ленты. Хороший изоляционный материал стоит дорого, и его применение может сильно удорожить изготовление сварочного трансформатора.

Каждый слой провода необходимо надежно фиксировать. Для этого под слой провода в 3-4 местах с разных сторон поперек виткам ложатся отрезки киперной ленты из ткани или грубые веревочки, после завершения слоя лента стягивается и завязывается, таким образом витки надежно фиксируются друг к другу.

Между слоями провода укладывается изоляция. Это может быть лакоткань, киперная лента или лента из стеклоткани.

При работе трансформатор вибрирует. Если провода лежат друг на друге без промежуточной изоляции, то в результате вибрации и трения друг о друга изоляция провода может разрушиться, и произойдет замыкание.

Не очень хорошей изоляцией является стеклоткань без пропитки. С одной стороны, она не горит, выдерживает высокую температуру, хорошо проводит тепло, но с другой: волокна непропитанной стеклоткани, будучи неплотными и скользкими, под нагрузкой расходятся, таким образом, внутри обмоток эта изоляция может продавливаться проводами, теряя свои свойства.

В некоторых случаях межслоевая изоляция может занимать значительный объем и препятствовать охлаждению трансформатора, что особенно актуально для компактных конструкций с ограниченным объемом магнитопровода. ПВХ-изоленту лучше внутри обмоток не использовать, так как при нагреве она становится мягкой и может постепенно продавливаться проводами.

Иногда рекомендуют пропитывать готовые обмотки специальным пропиточным лаком или же покрывать слои провода эмалевой краской. Но здесь нужно учитывать, что пропиточный лак по технологии сохнет только при высокой температуре, для чего используются сушильные шкафы. Применение красок и лаков может привести к отрицательным последствиям в будущем, если предполагается перемотка катушек, полностью такую возможность в самодельном трансформаторе исключить нельзя. Высохшая краска намертво склеивает витки обмотки и часто их рассоединение возможно только вместе с сдиранием собственной изоляционной оболочки провода, после чего провод приходит в негодность.

Между слоями провода рекомендуется вставлять поперечные планки толщиной 5-10 мм. Планки служат прежде всего для образования внутри обмоток воздушных зазоров, через которые будет выходить теплый воздух, таким образом, улучшится вентиляция и температурный режим трансформатора. Кроме того, зазоры увеличивают объем катушек, а значит, и магнитное рассеивание трансформатора, что самым положительным образом сказывается на его сварочных характеристиках. Планки могут быть изготовлены из дерева или какого-либо другого диэлектрического материала. Их ставят несколько штук по длине витка катушки с определенными интервалами. В компактных магнитопроводах с внутренней стороны планки не ставятся, чтобы не занимать дополнительный объем окна. Имеет смысл устанавливать планки через каждые два слоя провода (кроме первого слоя), тогда каждый слой одной стороной будет выходить на воздушный зазор.

Обмотка с вентиляционными зазорами

Принципиальное значение имеет способ соединения между собой находящихся на разных плечах обмоток.

Дисковые обмотки: 1 - первичная обмотка, 2 - вторичная обмотка

Так как магнитный поток в магнитопроводе циркулирует, то взаимное направление потоков в противоположных плечах должно быть соответственно направлено в разные стороны относительно их продольных осей.

Это значит, что направление течения тока в витках катушек на разных плечах должно быть в разные стороны: в одной - по часовой стрелки; в другой - против часовой. Имеет смысл намотать все обмотки в одну сторону - сделать их одинаковыми. Тогда для осуществления вышеуказанных условий обмотки на разных плечах нужно будет соединить между собой началами, что удобно. Последние же верхние витки будут включаться в питающую или сварочную цепь, соответственно для первичной или вторичной обмоток. Если обмотки соединить неправильно - в противофазе, то в случае первичной - трансформатор возьмет непомерный ток и будет сильно гудеть при включении; для вторичной - выходное напряжение будет близко к нулю.

При изготовлении П-образного трансформатора, катушки можно изготовить отдельно от магнитопровода. В некоторых других типах самодельных сварочных трансформаторов так поступить нельзя, что, конечно же, усложняет процесс изготовления. Перед намоткой катушек сначала для них необходимо изготовить каркасы, куда и будет укладываться провод. Каркас вместе с готовой катушкой одевается на магнитопровод. В простейшем случае каркас может быть сделан из нескольких слоев толстого картона, свернутого в виде короба. Но лучше каркас сделать из более жесткого материала: ДВП, текстолита, фанеры и т.д. Внутренние размеры каркаса делаются несколько большими, чем сечение магнитопровода, хотя бы по бокам, так чтобы между ними оставались зазоры по несколько миллиметров. В зазоры потом забиваются фиксирующие колышки.

При намотке катушки, внутрь каркаса необходимо временно поместить какой-нибудь жесткий материал, заполняющий весь его внутренний объем, обычно дерево. При укладке жесткого провода придется прилагать значительные усилия, это может деформировать и испортить каркас, именно поэтому и требуется временная внутренняя набивка. Ни в коем случае нельзя использовать один сплошной деревянный брус - если его сильно ужмет, то потом невозможно будет извлечь из каркаса без риска повреждения готовой обмотки. Лучше вставить 2-3 сложенных вместе доски, тогда одну из них всегда можно будет безболезненно удалить, после чего выйдут и остальные.

В некоторых случаях, если размеры магнитопровода позволяют, легче изготовить каркас для обмоток круглого сечения, особенно если есть отрезки подходящей картонной или пластмассовой трубы. Мотать на круглом каркасе легче, тем более обеспечивается лучшая сохранность провода, так как теперь отсутствуют прямые изгибы на углах. Увеличенные зазоры между каркасом и магнитопроводом заполняются деревянными вставками соответствующих размеров и формы.

Обмотка на каркасе цилиндрической формы

Конечные участки первичной обмотки имеет смысл выполнить с несколькими отводами через 15-25 витков, тогда можно будет подрегулировать мощность трансформатора.

Отводы первичной обмотки сварочного трансформатора

Вторичную обмотку следует рассчитать так, чтобы при включении в сеть максимального количества витков первичной обмотки, т.е. при минимальной мощности, выходное напряжение приближалось к 50В, в крайнем случае к 42В. Тогда при уменьшении, через отводы, количества работающих витков первичной обмотки, напряжение на выходе будет повышаться вместе с увеличением мощности.

Как сделать сварочный трансформатор своими руками. Как рассчитать, намотка. Самодельный аппарат дуговой или контактной сварки

Если у вас есть необходимый слесарный и электромонтажный инструмент (ниже мы о нём подробно расскажем), и вы имеете соответствующие профессиональные навыки, то вполне сможете изготовить сварочный трансформатор своими руками.

Расходы у вас, конечно, будут, но несравненно меньшие по сравнению с затратами на приобретение гаджета заводского изготовления. Зато, сколько вы получите удовольствия в процессе любимой работы по созданию самоделки. А восторг, в момент успешного начала электросварки, вообще, ни с чем ни сравним!

Мы в статье дадим вам массу полезных советов по выбору, расчёту и изготовлению сварочного трансформатора (далее – СТ), чем поможем оптимизировать расходы и сберечь бюджет.

[note]Правильно изготовленный своими руками аппарат — ни чем не хуже заводского.[/note]

В статье будет рассказано про два типа сварочных трансформаторов. Для сварок:

Сварочный трансформатор своими руками: что нам понадобится

Ассортимент инструмента и оборудования для изготовления и сборки обоих типов СТ идентичен. Нам потребуется следующее:

• индикатор электрического напряжения. Для контроля отсутствия последнего на электрических контактах, и обеспечения, тем самым, безопасности при выполнении электромонтажных работ;
• УШМ (она же «болгарка», «вжик-машинка» и т. п.) с набором дисков (отрезных, шлифовальных и т. п.);
• электродрель с набором свёрл по металлу и керном;
• тестер или вольтметр переменного тока с пределом измерений 400 В;
• любая «чертилка». Применяется при разметке по металлу;
• слесарные струбцины. Для фиксации деталей при разметке «по месту»;
• набор электрослесарного инструмента. Конкретный состав набора зависит от материалов, которые будут применяться при изготовлении СТ. В общем случае он таков:
  • укомплектованный электропаяльник. Пайку будем выполнять припоем ПОС-40;
  • отвёртки (разного размера с прямым и крестообразным шлицом);
  • ключи:
    • гаечные;
    • накидные;
    • торцевые;

    [tip]Все работы удобнее выполнять на слесарном верстаке с электроизоляционным покрытием, оборудованном слесарными тисками.[/tip]

    Для изготовления СТ необходимы комплектующие и материалы, отличающиеся между собой в зависимости от типа трансформатора. В общем случае необходимо следующее:

    • защитный кожух. Должен обеспечивать:
      • защиту от поражения электрическим током;
      • исключать возможность попадания каких-либо предметов во внутрь гаджета;

      [important]Важно: изоляционную ленту «ПХВ» применять нельзя, т. к. при нагревании она разрушается.[/important]

      Самодельный сварочный трансформатор для дуговой сварки

      [tip]Рекомендация: ознакомьтесь с материалом «Сварочный трансформатор: устройство и принцип действия«[/tip]

      Прежде чем приступать к дальнейшей работе по изготовлению СТ, следует решить: что именно вы будете создавать. Вам необходимо:

      • выбрать конструкцию и электрическую принципиальную схему будущего устройства;
      • произвести электрический и, при необходимости, конструктивный расчёт его параметров.

      Только после этого следует подбирать необходимую комплектацию, материалы и готовить, при необходимости,специальный инструмент.

      Как рассчитать сварочный трансформатор. Схема

      Вопрос, как рассчитать сварочный трансформатор самодельный, очень специфичен, так как он не соответствуют типовым схемам и общепринятым правилам. Дело в том, что при изготовлении самоделок параметры их компонентов «подгоняются» под уже имеющиеся в наличии комплектующие (в основном — под магнитопровод). Более того, часто случается, что:

      • трансформаторы собираются не из самого лучшего трансформаторного железа;
      • обмотки наматываются не самым подходящим проводом и много других отрицательных факторов.

      В результате, самоделки греются и «гудят» (пластины сердечника вибрируют с частотой электросети: 50 Гц), но, при этом, «делают своё дело» — сваривают металл.

      По форме сердечников различают трансформаторы следующих основных типов:

      
      

      Пояснения к рисунку:

      [note]Трансформаторы стержневого типа, по сравнению с трансформаторами броневого типа, допускают большие плотности токов в обмотках. Благодаря этому они имеют более высокий КПД, но и трудоёмкость их изготовления значительно выше. Тем не менее, их используют чаще.[/note]

      На стержневом сердечнике применяют схемы обмоток, приведённые на рисунке.

      
      

      • а – сетевая обмотка на двух сторонах сердечника;
      • б – соответствующая ей вторичная (сварочная) обмотка, включённая встречно-параллельно;
      • в – сетевая обмотка на одной стороне сердечника;
      • г – соответствующая ей вторичная обмотка, включенная последовательно.

      Для примера выполним расчёт СТ собранного по схеме «в» — «г». Его вторичная обмотка состоит из двух равных частей (половинок). Они расположены на противоположных плечах магнитопровода, а между собой соединены последовательно. Расчёты заключаются в определении теоретических и выборе действительных размеров магнитопровода.

      Определяемся с мощностью СТ (по величине тока во вторичной обмотке) из следующих соображений. Для электросварки в быту чаще всего используются покрытые электроды Ø, мм: 2, 3, 4. Выбираем «золотую середину» для самых ходовых — 120…130 А. Мощность СТ определяется по формуле:

      P = Uх.х. × Iсв. × cos(φ) / η, где:

      • Uх.х. — напряжение холостого хода;
      • Iсв. — ток сварки;
      • φ — угол сдвига фаз между напряжением и током. Принимаем: cos(φ) = 0,8;
      • η — КПД. Для самодельных СТ: КПД = 0,7.

      [tip]Если произвести расчет магнитопровода по справочнику, то его сечение для выбранного тока равно 28 кв.см. На практике, сечение магнитопровода для той же мощности может варьироваться в пределах: 25…60 кв.см.[/tip]

      Для каждого сечения необходимо определить (по справочнику) количество витков первичной обмотки для обеспечения на выходе заданной мощности. Мы лишь заметим, что чем больше площадь сечения магнитопровода (S), тем меньше понадобится витков обеих катушек. Это существенный момент, т. к. большое количество витков может не поместиться в «окно» магнитопровода.

      Возможно использование магнитопровода старого трансформатора (например, от микроволновой печки, конечно, после некоторой его реконструкции – замены вторичной обмотки).

      
      

      Если у вас нет старого трансформатора, то следует прибрести трансформаторное железо, из которого вы иизготовите сердечник СТ.

      
      

      • а – пластины Г-образной формы;
      • б – пластины П-образной формы;
      • в – пластины из полос трансформаторной стали;
      • c и d – размеры «окна», см;
      • S = a х b – площадь поперечного сечения сердечника (ярма), кв.см.

      [help]Если правильно рассчитать магнитопровод, то обмотки СТ не будут греться, а сам сварочник будет надежно работать.[/help]

      Расчёт количества витков первичных обмоток при напряжении питания сети 220…240 В, выбранных нами токах сварки и параметрах магнитопровода можно произвести по следующим формулам:
      N1 = 7440 × U1/(Sиз × I2). Для обмоток на одном плече (по половине обмотки друг на друге, соединённые последовательно);
      N1 = 4960 × U1/(Sиз × I2). Обмотки разнесены на разные плечи.

      Условные обозначения в обеих формулах:

      • U1 – напряжение источника питания;
      • N1 — количество витков первичной обмотки;
      • Sиз — сечение магнитопровода (кв.см);
      • I2 — заданный сварочный ток вторичной обмотки (А).

      Выходное напряжение вторичной обмотки СТ в режиме холостого хода у самодельных сварочных трансформаторов находится, как правило, в пределах 45…50В. По следующей формуле можно определить её количество витков:
      U1/U2 = N1/N2.

      Для удобства подбора силы сварочного тока, на обмотках делают отводы.

      Намотка сварочного трансформатора и монтаж

      Для первичной обмотки трансформатора применяется специальный термостойкий медный провод, имеющий хлопчатобумажную или стеклотканевую изоляцию.

      [warning]Внимание: категорически не рекомендуем для намотки сварочного трансформатора использовать провода с резиновой изоляцией.[/warning]

      С учётом выбранной выше мощности, электрический ток в первичной обмотке может достигать 25 А. Исходя из этих соображений, первичную обмотку СТ следует наматывать проводом, имеющим сечение ≥ 5…6 кв.мм. Это, кроме всего прочего, существенно увеличит надежность СТ.

      Вторичная обмотка выполняется медной проволокой, сечение которой: 30…35 кв.мм. Особое внимание следует уделить выбору изоляции провода вторичной обмотки, так как по ней протекает большой сварочный ток. Она должна быть очень надёжной — особое внимание следует уделить теплостойкости.

      При монтаже обмоток обратите внимание на следующее:

      • намотка производится в одном направлении;
      • между рядами обмоток прокладывается изолирующий слой дополнительной изоляции (рекомендуем – хлопчатобумажной).

      Собранный СТ следует поместить в защитный кожух с отверстиями для вентиляции.

      Видео

      Посмотрите, как была реализована задача сборки аппарата:

      Контактная сварка своими руками из сварочного трансформатора

      Контактная сварка создаёт сварное соединение деталей за счет следующих одновременных воздействий на них:

      • нагрев области их соприкосновения проходящим через него электрическим током;
      • к зоне соединения прикладывается сжимающее усилие.

      Существует три вида контактной сварки:

      Мы расскажем про самодельный СТ для наиболее популярной: точечной контактной сварки (для двух других требуется очень сложное оборудование).

      
      

      Пояснения к рисунку:
      1 – электроды, подводящие сварочный ток с свариваемым изделиям;
      2 – свариваемые изделия с нахлёсточным соединением;
      3 – сварочный трансформатор.

      Для осуществления контактной сварки, в зависимости от толщины и теплопроводности материалов свариваемых деталей, выбираются следующие значения её основных параметров:

      • электрическое напряжение в силовой (сварочной цепи), В: 1…10;
      • величина сварочного тока (амплитуда сварочного импульса), А: ≥ 1000;
      • время нагрева (прохождения импульса сварочного тока), сек: 0,01…3,0;

      Кроме того, должны быть обеспечены:

      • незначительная зона расплавления;
      • значительное сжимающее усилие, прилагаемое к месту сварки.

      Схема и расчёт

      Расчет СТ контактной сварки выполняется по тому же алгоритму, что и для дуговой (смотри выше). При выборе данных из справочника (сила тока и напряжение вторичной обмотки для точечной сварки выбранной марки металла заданной толщины), следует учитывать, что сила тока вторичной обмотки для таких трансформаторов порядка 1000…5000 А. Вторичная обмотка рассчитана, как правило, на единицы вольт и представляет собой всего несколько витков (бывает, что, один) толстого провода. Поэтому, для регулировки сварочного тока рекомендуется следующая схема первичной обмотки трансформатора.

      
      

      Очень часто, в процессе эксплуатации самоделок, выясняется, что не хватает мощности СТ. В этом случае возможно подключение второго трансформатора в соответствии с предлагаемой схемой.

      
      

      Намотка и монтаж

      Эти операции выполняются по тем же основным правилам и с соблюдением требований, что и для СТ дуговой сварки. С особой тщательность следует закрепить витки вторичной обмотки. Для этого можно использовать её выводы, пропустив их в термостойком изоляторе.

      В качестве электродов применяются медные стержни.

      
      

      [help]Следует учитывать, что чем больше будет диаметр электрода, тем лучше. Ни в коем случае не допустимо, чтобы диаметр электрода был меньше диаметра провода. Для маломощных СТ возможно использовать жала от мощных паяльников.

      В процессе эксплуатации следите за состоянием расходных материалов: электроды необходимо периодически подтачивать — иначе они теряют форму. Со временем они стачиваются полностью и требуют замены.[/help]

      Вот вариант точечного сварочника из микроволновки:

      Рекомендации по эксплуатации

      При выполнении сварочных работ необходимо выполнять требования по обеспечению безопасности труда:

      ;
      • на сварщике должна быть специальная одежда;
      • голова должна быть защищена маской сварщика (очень популярны маски «Хамелеон», оснащённые самозатемняющимся светофильтром) и т. п.

      [important]При эксплуатации сварочного аппарата контактной сварки следует выполнять следующие дополнительные требования:

      • сварщику необходимо стоять на резиновом коврике;
      • на руках рабочего должны быть резиновые перчатки;
      • сварочная маска не обязательна, но на лице должны быть защитные очки.[/important]

      Выводы

      Мы дали вам достаточно информации для того, чтобы сделать самодельный сварочный трансформатор:

      Но, не смотря на это, рекомендуем «взвесить свои силы» и «крепко» подумать: а не лучше ли приобрести сварочник заводского изготовления? А может быть даже и более современный и удобный инвертор (смотрите плюсы и минусы, что лучше транформаторный или инверторный сварочник).

      Другие материалы по трансформаторным сварочным аппаратам смотрите в соответствующем разделе.[/help]

      Сварочный трансформатор: устройство и принцип действия

      
      

      Для выполнения сварочных работ вы выбрали самый простой, из ныне существующих (по сравнению с выпрямителем или инвертором), источник сварочного тока. И правильно поступили!

      Ведь, не так давно сварщики пользовались только аналогичным оборудованием, и всё у них получалось. А мы чем хуже? Чтобы использовать все возможности этого гаджета, необходимо знать его устройство и принцип действия.

      В помощь вам, мы расскажем про устройство сварочного трансформатора, принцип его действия и некоторые технологические секреты.

      Устройство сварочного трансформатора

      Рассмотрим подробнее сварочный трансформатор: устройство и принцип действия. Регулировка тока в сварочном трансформаторе (далее – СТ) осуществляется по двум основным схемам:

      1. В первом случае, применяется трансформатор с нормальным рассеянием магнитного поля, которое осуществляется совмещённым или отдельным дросселем. Непосредственно сама регулировка сварочного тока производится изменением воздушного зазора в магнитопроводе дросселя;
      2. Во втором случае, регулировка гаджета осуществляется за счет управления рассеянием магнитного поля. Этот процесс может осуществляться следующими методами:
      • изменением размеров воздушного промежутка между первичной и вторичной обмотками;
      • согласованным изменением числа витков первичной и вторичной обмоток;
      • применением подмагничиваемого шунта. Он изменяет магнитную проницаемость между стержнями магнитопровода, чем и осуществляется регулировка сварочного тока.

      Конструкция и органы управления однопостовым сварочным трансформатором с подвижными обмотками (т. е. работающим по первой схеме) приведены на рисунке.

      
      

      Магнитопровод с катушками и механизмами помещается в защитный кожух, который имеет жалюзи для охлаждения. Регулировка величины сварочного тока в таком СТ осуществляется с помощью подвижной обмотки, которая перемещается посредством ходовой гайки и вертикального винта с ленточной резьбой. В движение последний приводится при помощи рукоятки.

      Сварочные провода подключаются к специальным зажимам. СТ представляет собой массивную конструкцию (очень тяжёлый сердечник). Поэтому, для погрузо-разгрузочных работ, он оснащён рым-болтом, а для перемещения по рабочему объекту – транспортной тележкой и ручкой.

      [tip]Если собираетесь делать данное устройство своими руками, то вот подробная статья на эту тему.[/tip]

      Принцип действия

      Чтобы понять принцип работы СТ, давайте, хотя бы в самых общих чертах, рассмотрим физические процессы, происходящие в однофазном двухобмоточном трансформаторе. Для иллюстрации этих процессов воспользуемся рисунком.

      Электромагнитная схема такого трансформатора состоит из двух обмоток (первичная и вторичная), размещенных на замкнутом магнитопроводе. Последний выполнен из ферромагнитного материала, что позволяет усилить электромагнитную связь между этими обмотками. Происходит это за счёт уменьшения магнитного сопротивления контура (замкнутой цепи), по которому проходит магнитный поток трансформатора (Ф).

      Первичную обмотку подключают к источнику переменного тока, вторичную – к нагрузке. При подключении к источнику электропитания, в первичной обмотке появляется переменный ток i1. Этот электрический ток создаёт переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные электродвижущие силы (далее – ЭДС): е1 и е2.

      
      

      Эти ЭДС, согласно закону Максвелла, пропорциональны числам витков N1 и N2 соответствующей обмотки и скорости изменения потока dФ/dt. Если пренебречь падением напряжения в обмотках трансформатора (они обычно не превышают 3…5 % от номинальных значений U1 и U2), то можно считать: e1≈U1 и e2≈U2. Тогда, путём несложных математических преобразований, можно получить связь между напряжениями и количеством витков обмоток: U1/U2 = N1/N2.

      Таким образом, подбирая числа витков обмоток (при заданном напряжении U1) можно получить желаемое напряжение U2:

      • при необходимости повысить вторичное напряжение — число витков N2 берут больше числа N1. Такой трансформатор называют повышающим;
      • при необходимости уменьшить напряжение U2 — число витков N2 берут меньшим N1. Такой трансформатор называют понижающим.

      Теперь мы можем, непосредственно, рассмотреть принцип действия СТ. Как сказано выше, он заключается в преобразовании входного напряжения (220В или 380В) в более низкое, которое в режиме холостого хода равно примерно 60В. Когда мы рассматриваем сварочный трансформатор, принцип работы будет очевиден после знакомства с компоновкой и функциональной схемой СТ.

      Компоновка узлов СТ (в качестве примера предлагается агрегат серии «ТДМ») представлена на рисунке.

      
      

      Пояснения к схематическому изображению сварочного трансформатора:

      • 1 — первичная обмотка трансформатора. Выполнена из изолированного провода;
      • 2 — вторичная обмотка не изолирована («голая» проволока) для улучшения теплопередачи. Кроме того, для улучшения охлаждения имеются воздушные каналы;
      • 3 — подвижная часть магнитопровода;
      • 4 — система подвеса трансформатора внутри корпуса агрегата;
      • 5 — механизм управления воздушным зазором;
      • 6 — ходовой винт. Основной элемент управления воздушным зазором;
      • 7 — рукоятка привода ходового винта.

      Функциональная схема такого СТ представлена на рисунке.

      
      

      Трансформатор состоит из:

      1. магнитопровода с зазором б;
      2. первичной обмотки I;
      3. вторичной обмотки II;
      4. обмотки реактивной катушки IIк.

      Регулировка величины сварочного тока осуществляется изменением величины зазора в магнитопроводе. Размер зазора влияет на изменение магнитного сопротивления контура и, соответственно, величину магнитного потока, который и создаёт в обмотках электрический ток:

      • при необходимости уменьшить величину сварочного тока — величину зазора увеличивают;
      • при необходимости увеличить величину сварочного тока — величину зазора уменьшают.

      Полезное видео

      Посмотрите небольшой обучающий ролик об устройстве и принципе действия трансформатора:

      Магнитопровод

      [note]Магнитопровод – это центральная часть конструкции СТ. Он является сердечником понижающего трансформатора и играет основную роль в формировании сварочного тока. По нему протекает магнитный поток, который индуцирует (создаёт) электрическое напряжение на всех обмотках.[/note]

      Магнитопровод сварочного трансформатора представляет собой пакет пластин из трансформаторной стали. Вызвано это тем, что под воздействием магнитного потока в нём наводятся вихревые замкнутые электрические токи (в честь французского физика, их открывшего, названы: токи Фуко). В соответствии с правилом Ленца, магнитное поле этих токов стремиться уменьшить индукцию поля его создавшего, т. е. полезного. В результате:

      1. уменьшается КПД СТ;
      2. токи Фуко нагревают материал сердечника.

      Для уменьшения этого влияния принимаются меры по уменьшению этих токов. Поэтому, как было сказано выше, магнитопровод и представляет собой пакет пластин. Поверхности пластины имеют хорошую электроизоляцию (они имеют оксидное изоляционное покрытие) и, кроме этого, часто дополнительно покрываются электроизолирующим лаком. Благодаря этому, они не представляют собой сплошной проводник, что существенно уменьшает величину токов Фуко.

      Пластины между собой стягиваются шпильками в плотный пакет. Если этого не сделать (или стянуть неплотно), то они вибрируют с частотой колебаний тока в источнике питания: 50 Гц. В результате, СТ «гудит» с такой частотой.

      Ограничитель холостого хода

      Ограничитель напряжения холостого хода СТ применяется, в соответствии со своим наименованием, для автоматического ограничения этого параметра. Он уменьшает индуцированную при размыкании вторичной обмотки ЭДС до безопасного значения не позже, чем через одну секунду после разрыва сварочной цепи. На картинке изображена популярная модель ограничителя напряжения холостого хода однофазных сварочных трансформаторов «ОНТ-1».

      
      

      Принцип действия ограничителя следующий. Мы уже знаем, что в случае разрыва сварочной цепи, резко изменяется величина магнитного потока в магнитопроводе. Это, в свою очередь, приводит к резком скачку ЭДС самоиндукции. Резкий рост величины электрического напряжения может стать причиной аварии СТ или поражения током сварщика. Ограничитель напряжения холостого хода сварочного трансформатора уменьшает эту ЭДС до безопасного значения — не более 12 В.

      Смотрите больше информации про сварочные трансформаторы здесь.[/help]

      Читайте также:

        
      • Карандаш для сварки медных проводов
        
      • Контактная сварка трубы и листа
        
      • Nt90rnae24cb в сварочных инверторах как проверить
        
      • Сварочный аппарат пдг 200
        
      • Сварка для скруток медных