Сварочный трансформатор. устройство, схема и принцип работы

Правила безопасности

Схема подключения инверторного сварочного аппарата достаточно проста и допускает функционирование устройства в циклическом (прерывистом) режиме, позволяющем добиться максимальной эффективности сварки. Перед тем как втыкать вилку в розетку, необходимо все же прочитать инструкцию по подключению, проверить параметры сети, комплектность оборудования и внешнюю целостность всех его частей.

Варианты подключения инвертора к сети

В инструкции должно быть чётко расписано, как правильно надо подключать сварочный аппарат, а также оговорен порядок его безопасного соединения с действующей электросетью. Особо оговаривается необходимость проверки пробок и автоматических выключателей, установленных в цепи подачи питания.

Должно учитываться и то обстоятельство, что в старых домах алюминиевая электропроводка не позволяет работать с токами свыше 10 Ампер. Поэтому перед тем, как включать преобразователи в сеть, необходимо выяснить их паспортную мощность и потребляемый ток.

При оценке отбираемой от сети мощности не следует забывать о том, что в момент включении аппарата происходит резкий всплеск пускового тока, величина которого может превышать номинальное значение в несколько раз.

Перед подключением аппарата и сварочными работами оператор должен выполнить следующие требования инструкции по его эксплуатации:

удалить от корпуса аппарата посторонние электротехнические устройства (компьютеры, передатчики, измерительные приборы);
при работе с инверторным оборудованием рабочее место должно быть освобождено от всех других мешающих предметов;
помещения, в которых размещается сварочный агрегат, обязательно оборудуются системой принудительной вентиляции.

Для исключения аварийных ситуаций перед первым подключением сварочного аппарата рекомендуется протестировать его в различных режимах сварки.

Надежная схема управления сварочным током

В работе участвуют три блока:

стабилизированного напряжения;
формирования высокочастотных импульсов;
разделения импульсов на цепи управляющих электродов тиристоров.

Стабилизация напряжения

От обмотки питания трансформатора 220 вольт подключен дополнительный трансформатор с напряжением на выходе порядка 30 В. Оно выпрямляется диодным мостом на основе Д226Д и стабилизируется двумя стабилитронами Д814В.

В принципе здесь может работать любой блок питания с аналогичными электрическим характеристиками тока и напряжения на выходе.

Импульсный блок

Стабилизированное напряжение сглаживается конденсатором С1 и подается на импульсный трансформатор через два биполярных транзистора прямой и обратной полярности КТ315 и КТ203А.

Транзисторы генерируют импульсы на первичную обмотку Тр2. Это импульсный трансформатор тороидального типа. Он выполнен на пермаллое, хотя можно использовать и ферритовое кольцо.

Намотка трех обмоток проводилась одновременно тремя отрезками провода диаметром 0,2 мм. Сделано по 50 витков. Полярность их включения имеет значение. Она показана точками на схеме. Напряжение на каждой выходной цепи порядка 4 вольт.

Обмотки II и III включены в цепь управления силовыми тиристорами VS1, VS2. Их ток ограничивается резисторами R7 и R8, а часть гармоники обрезается диодами VD7, VD8. Внешний вид импульсов мы проверили осциллографом.

В этой цепочке резисторы надо подбирать под напряжение импульсного генератора так, чтобы его ток надежно управлял работой каждого тиристора.

Ток отпирания 200 мА, а отпирающее напряжение — 3,5 вольта.

Регулирование тока сварки

Переменный резистор R2 своим сопротивлением определяет положение каждого импульса, пропускаемого через управляющий электрод тиристора. От него зависит форма пульсирующего тока на выходе силовой схемы сварочного аппарата.

Пульсации полусинусоид могут проходить полностью, когда ток сварки выставляется максимальным или обрезаться практически до нуля.

На чём основан принцип работы

Функционирование агрегата происходит следующим образом:

на катушку входа подаётся электроток, создаётся магнитное поле и электродвижущая сила, замыкаемая на сердечнике;
в результате на вторичной обмотке наводится свой магнитный поток и электрический ток;
различие в количестве витков обмоток изменяет параметры тока, позволяя достигнуть характеристик, обеспечивающих расплавление металла.

Для сварочных работ применяется трансформатор понижающего типа, у которого на входной катушке(первичной обмотке) количество витков превышает выходную(вторичную обмотку).

Принцип работы трансформатора

Сила выходного электротока может регулироваться за счёт подвижной конструкции устройства – путём увеличения или уменьшения зазора между катушками входа и выхода. При раздвижении катушки ток снижается, приближение вызывает увеличение указанной характеристики. Регулирование выполняется вращением рукоятки.

Величина тока подбирается, исходя из толщины и марки свариваемого металла, расположения сварочного шва. Чем толще свариваемые листы металла, тем больше потребуется создать величину тока на выходной катушке аппарата.

Соотношение величины тока с диаметром электрода и толщиной свариваемого металла

Холостой режим

Агрегат может функционировать в двух режимах:

нагрузочном;
холостого хода.

В процессе сварки создаётся сварочная дуга, соединяющая посредством электрода обмотку на выходе со свариваемым металлом. Мощный сварочный электроток расплавляет свариваемый металл и создаёт неразъёмное соединение. После окончания сварки происходит вторичная цепь размыкается, и трансформатор переходит на холостой ход.

Во входной катушке возникают электродвижущие силы двойного происхождения:

благодаря созданию магнитного поля при работе устройства;
посредством рассеивания – часть из них отделяется от ЭДС на сердечнике и образуют электроток холостого хода.

Конструкция агрегата выполняется таким образом, чтобы величина напряжения на холостом ходу не представляла опасности для здоровья человека, выполняющего работы с помощью трансформатора.

Значение напряжения на холостом ходу ограничивается 48 В, в некоторых случаях допускается величина до 70 В. В целях безопасности устанавливается ограничивающее устройство, снижающее величину напряжения при превышении указанного значения, работающее в автоматическом режиме.

Дополнительная защита обеспечивается за счёт выполнения заземления аппарата.

Подытожим

Для сборки трансформатора, не нужно иметь углубленных знаний, достаточно немного понимания в электротехнике и умения применить такие знания на практике. Даже если таких знаний нет, можно потратить немного времени – около недели, не более.

Тем более, сегодня доступно не только читабельный вариант, а и множество наглядных видеоматериалов. После прохождения обучения появится понимания всех этапов по сборке трансформатора.

А далее несколько проб и ваш первый работоспособный сварочный аппарат готов.

Самостоятельно сделанные аппараты имеют много положительных сторон.

Они, во-первых, экономичны. Во-вторых, недорогие в сборке. В-третьих, функционал соответствует конкретно вашим нуждам. В-четвертых, легко ремонтируемый своими силами. Качество будущего агрегата зависит от используемых материалов, все зависит от вас.

Желаем удачи! Делитесь комментарием и пусть ваш отзыв будет полезен следующему «первособирателю».

Принцип работы сварочного трансформатора – функции дросселя

Устройство сварочного трансформатора зависит от главной детали – дросселя. Он позволяет регулировать сварочный ток и работает так: когда дуга при коротком замыкании возбуждается, ток, пройдя через обмотку из медного дросселя, создает мощнейший магнитный поток, который наводит в дросселе электродвижущую (ЭДС) силу самоиндукции. Именно эта сила направлена против напряжения сварочного трансформатора.

Стоит учитывать, что при вторичном напряжении трансформатора оно полностью поглощается падением напряжения в дросселе. Таким образом, этот процесс позволяет достигнуть почти нулевого значения в напряжении сварочной цепи. Благодаря тому, что возникает дуга, величина сварочного тока становится меньше. Этот процесс позволяет уменьшить ЭДС дросселя, который направлен против напряжения трансформатора. Таким образом устанавливается рабочее напряжение. Оно меньше, чем напряжение холостого хода, но его достаточно для постоянного горения дуги.

Принцип работы сварочного трансформатора позволяет увеличить силу сварочного тока: просто нужно увеличить зазор между подвижной и неподвижной частью магнитного провода дросселя. Этот процесс происходит так: когда увеличивается зазор, то сопротивление магнитного провода также увеличивается. Это ведет к уменьшению магнитного потока, соответственно, ЭДС самоиндукции катушки дросселя и индуктивное сопротивление уменьшаются. Все это приводит к тому, что сварочный ток увеличивается.

Монтаж сварочного трансформатора

Имея на руках все расчеты и схему, можно приступать к сборке трансформатора. Все работы будут не столько сложными, сколько кропотливыми, так как придется считать количество витков и не сбиваться со счета. Несмотря на то, что наибольшей популярностью среди самодельных аппаратов пользуется тороидальный трансформатор для сварки, рассмотрим монтаж на примере трансформатора с П-образным сердечником. Этот тип трансформаторов несколько проще в сборке в отличие от тороидального и второй по популярности среди самоделок.

Работы начинаем с создания каркасов для обмоток. Для этого используем текстолитовые пластины. Этот материал применяется для создания штампованных плат. Из пластин вырезаем детали для двух коробов. Каждый короб будет состоять из двух верхних крышек с прорезями для четырех стенок. Площадь внутренних прорезей будет соответствовать площади сечения сердечника с небольшим увеличением для стенок короба. Пример того, как должны выглядеть части короба, можно увидеть на фото.

Собрав каркасы для обмоток, изолируем их термостойкой изоляцией. После чего начинаем мотать обмотки.

Провода для обмоток желательно брать с термостойкой стеклянной изоляцией. Это, конечно, будет несколько дороже в сравнении с обычной проводкой, но в результате не будет головной боли относительно возможного перегрева и пробоя в обмотках. После того как намотали один слой проводки, изолируем его и только после этого начинаем мотать следующий. Не забываем делать отводы на определенном числе мотков. В завершение создания обмоток наматываем слой верхней изоляции. На концах отводов закрепляем медные болты.

Теперь приступаем к сборке и шихтованию магнитопровода сварочного трансформатора. Для него используется железо, созданное специально для этого. Металл имеет определенные показатели магнитной индукции, и не подходящая марка может все испортить. Металлические пластины для сердечника можно снять со старых трансформаторов или купить по отдельности. Сами пластины имеют толщину около 1 мм, и сборка всего сердечника потребует лишь терпеливого соединения всех пластин в единое целое. По завершению следует проверить все обмотки тестером на предмет ошибок.

По завершению сборки трансформатора делаем диодный мост и устанавливаем регулятор силы тока. Для диодного моста используем диоды типа В200 или KBPC5010. Каждый диод рассчитан на 50 А, поэтому для сварочного трансформатора с номинальной силой тока в 180 А потребуется 4 таких диода. Все диоды закрепляются к алюминиевому радиатору и подключаются параллельно с дросселем отводам из обмоток. Осталось лишь собрать корпус и поместить туда сварочный трансформатор.

Хороший сварочный трансформатор своими руками может не получиться с первого раза. Причин тому множество, начиная с ошибок в расчетах и заканчивая отсутствием опыта сборки и монтажа электрооборудования. Но все приходит с опытом, и один-два раза перемотав обмотки трансформатора, можно получить желаемый результат.

https://youtube.com/watch?v=_ODVpELuBrw

Холостой ход

Любые представленные на потребительском рынке сварки оснащены двумя режимами работы: под нагрузкой и холостой. Во время сварочного процесса между изделием и электродом замыкается вторичная обмотка. Образуется ток большой мощности, которой хватает для того, чтобы плавить металл. По окончании работ вторичная цепь размыкается. Дается старт работе оборудования в режиме холостого хода.

В первично катушке генерируемые электрическим током силы имеют двойное происхождение. Первые из них образуются магнитным потоком, а другие – рассеиванием. Электродвижущие силы создаются в магнитопроводе, и между витками обмоток замыкаются по воздуху (между пластинами есть изоляция). Они формируют величину холостого хода.

Важно, чтобы сила тока холостого тока не представляла угрозы здоровью и жизни сварщика. Она ограничена величиной 48V

И только некоторые модели имеют этот показатель 60-70В. В случаях, когда электродвижущие силы, которые образуются от потока рассеивания, имеют большее значение, то дополнительно устанавливается автоматический ограничитель. Его нормативное срабатывание составляет меньше 1 секунды после окончания сварочного процесса. Корпус варочного аппарата всегда необходимо заземлять. В случае нарушения изоляции первичной обмотки напряжение пойдет путем наименьшего сопротивления и уйдет в землю, миную человеческий организм.

Виды и характеристики сварочного трансформатора

Назначение сварочного трансформатора во многом определяет его конструкцию:

Мощность сварочного трансформатора промышленных моделей достаточна для обеспечения нескольких рабочих мест, это многопостные приборы со сложным устройством.
В быту используются однопостные модели.

Разделение по фазовому регулированию:

Однофазные модели работают только при напряжении 220В. Силы тока на выходе подобных устройств достаточно для бытовых нужд.
Трехфазные сварочные трансформаторы работают при напряжении в сети 380В, они дают на выходе большую силу тока, позволяющую сваривать металл большей толщины. Существуют модели, которые рассчитаны на работу как при напряжении 220В, так и при напряжении 380В.

По конструкции устройства выделяют:

Модели с номинальным магнитным рассеиванием. Они состоят из двух частей: трансформатора и дросселя для регулировки напряжения.
Изделия с увеличенным магнитным рассеиванием имеют более сложную конструкцию из нескольких подвижных обмоток, конденсатора или импульсного стабилизатора и других элементов.
Тиристорные модели – сравнительно новый тип подобных устройств. Они состоят из силового трансформатора и тиристорного фазорегулятора. Тиристорные модели имеют меньший вес по сравнению с другими типами.

Принцип действия

Принцип действия сварочного трансформатора универсален, но сложность конструкции и требования к характеристикам устройства зависят от назначения конкретного прибора.

Трансформатор для точечной сварки должен выдавать на выходе ток силой в 5-10 кА у маломощных моделей и до 500 кА – у мощных моделей, поэтому вторичная обмотка выполняется в одним виток.

Трансформатор для контактной сварки должен обладать высоким коэффициентов преобразования, а прерывающие устройства – надежностью и довольно сложным устройством, в противном случае качество сварки будет страдать.

Трансформатор для сварки проводов, напротив, представляет собой очень компактное и дешевое устройство, заменяющее дорогой сварочный инвертор. Требования к характеристикам будут не самыми жесткими: номинальное напряжение около 9-40В. Подобное устройство может собрать даже любитель.

При изготовлении и покупке такого прибора следует обращать внимание на базовые характеристики:

Напряжение сети – от него зависит количество фаз, в которых работает прибор.
Номинальный сварочный ток – у бытовых моделей он находится около отметки 100А, профессиональные изделия могут давать до 1000А.
Широкие пределы регулирования сварочного тока позволяют использовать электроды разного диаметра. Для бытовых моделей характеры значения около 50-200А.
Номинальное рабочее напряжение – напряжение на выходе из устройства. Для дуговой сварки достаточно 30-70В.
Номинальный режим работы определяет, сколько прибор может проработать непрерывно.
Напряжение холостого хода – важная характеристика для дуговой сварки. По правилам безопасности она не может превышать 80В, но чем ближе напряжение холостого хода к этой границе, тем проще вызвать дугу.
Потребляемая мощность и мощность на выходе позволяют рассчитать КПД устройства. Чем он выше, тем эффективнее работает прибор.

Основы

Как упомянуто выше, трансформатор – главный орган. Принцип работы состоит в изменении входящего напряжения в переменный/постоянный ток, требующийся для работ со сваркой.

Статическое электромагнитное устройство, главным образом – это две обмотки, соединенные индуктивно.

Вы можете создать трансформатор как для личного применения, так и мощный промышленный агрегат. Отметим, во всех случаях он обязан служить вашим интересам, следовательно, иметь определенные параметры для проведения работ со сваркой.

Более распространена сборка сварочного агрегата с намоткой трансформатора, рассчитанная из ампеража в 150 – 170 и способностью проводить напряжение приблизительно 50 В.

Таких характеристик вполне достаточно для использования в быту. Вы сможете варить большинство металлов с применением электродов до трех миллиметров в диаметре. Конечно можно брать диаметр в 4 миллиметра, но в таком случае вы потеряете качество шва.

Следовательно, чем больший диаметр стержня из электропроводного материала вам придется применять, тем большую мощность должен иметь трансформатор.

Зависимость прямо-пропорциональна. При сборке статического электромагнитного устройства обязательно примите к сведению его предельные очертания.

При этом увеличение веса и параметров неизбежно. Рекомендуем сориентироваться с характеристиками которыми должен обладать ваш будущий аппарат – это поможет оптимизировать его вес и параметры.

Приборы на трансформаторах

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

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

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

Устройство пускового механизма

Пусковое устройство включает в свой состав – магнитопровод, две обмотки и клеммы. Переключатели изменяют напряжение и общее число обмоток подключаемых к выпрямителю. В первичную цепь устанавливают регулятор, собранный на основе полупроводников (тиристоров). Вторая обмотка, подключаемая к выпрямительному мосту, обеспечивает подачу двух уровней изменяемого напряжения.

Устройство пускового механизма трансформатора

Для работы пускового устройства требуется напряжение в 220 В. Ток лежит в диапазоне от 0 до 120 А, а напряжение достигает 70 В случае самостоятельного изготовления устройства, за основу принимают стержневой трансформатор, на его первой обмотке накручено 230 витков, на второй 32. Пульт управления полупроводниками монтируют над дросселем. Для охлаждения всей системы используют принудительную вентиляцию.

Устройство магнитопровода

Ключевыми деталями магнитопровода, являются пластинки или листы, произведенные из электромагнитной стали. К конструктивным деталям относят крепеж, корпус и пр. Магнитопроводы сварочных трансформаторов разделяют на стержневые и броневые. В устройствах стержневого типа все сегменты магнитной цепи обладают одинаковым сечением. В магнитопроводах броневого типа полным сечением обладает только средний стержень, на который устанавливают обмотки.

Виды магнитопроводов трансформатора

Сечения остальных участков магнитной цепи почти в два раза меньше. По ним происходит замыкание магнитного потока. На участках магнитопровода имеющего Т-образную форму, каждый имеет свое сечение. При этом его размер составляет в три раза меньший размер, чем собственно сам стержень. По каждому из участков происходит замыкание третьей части потока.Пластины, входящие в пакеты покрывают специальным составом, который называют оксидной изоляцией.Принцип работы сварочного трансформатораАппаратура для сварки работает по алгоритму:

Питание подается на первую обмотку. В ней генерируется магнитный поток, замыкающийся на сердечнике.
Затем питание направляется на вторую обмотку.
Магнитопровод, который собран из ферромагнитов, генерирует постоянное магнитное поле. Индуцирующий поток производит ЭДС.
Разность в числе витков допускает колебание тока с требуемыми для выполнения сварки параметрами. Эти же показатели учитывают при расчетах аппаратуры для сварки.

Существует связь числа витков на второй катушке и напряжением на выходе. То есть для повышения тока количество витков необходимо увеличить. Но так как, сварочный трансформатор – это понижающий тип, то число витков на второй обмотке будет ниже, чем на первой.Устройство и принцип действия сварочного трансформатора обеспечивает настройку величины тока. Этого достигают уменьшая или увеличивая пространство между катушками.Для этого в сварочном оборудовании установлены движущиеся компоненты. Расстояние между обмотками изменяет сопротивление и это дает возможность выбирать именно тот ток, который нужен для сварки.

Холостой ход

Аппаратура для сварки работает в двух режимах – рабочем и холостом. Во время сварки вторая обмотка замыкается между рабочим инструментом и деталью. Ток расплавляет кромки заготовок и в результате получается надежное соединение деталей. После того, как сварщик закончит работы, цепь прерывается и трансформатор переключается на холостой ход.ЭДС в первой обмотке появляются из-за наличия:

магнитного потока;
его рассеивания.

Холостой ход трансформатора

Эти силы отпочковываются от направления потока в магнитопроводе и замыкаются между катушками в воздухе. Именно эти силы и являются основой работы в холостую.Работа на холостом ходу не должна представлять опасность для рабочего — сварщика и окружающих людей. То есть оно не должно быть больше чем 46 В. Но отдельные модели сварочного оборудования, имеют большие значения, например, 60 – 70 В. В этом случае в конструкции сварочного устройства устанавливают ограничитель параметров холостого хода. Скорость его срабатывания не превышает одну секунду с момента разрыва цепи и окончания работы. В целях дополнительной защиты сварщика, корпус трансформатора необходимо заземлять.