Сварочный аппарат является необходимым инструментом для строительства и выполнения ряда работ, но представить данный агрегат без сварочного трансформатора трудно. Однако давно был найден выход из этой ситуации — создание самодельного сварочного трансформатора.
Схема устройства сварочного трансформатора.
Что нужно знать перед работой?
На работу влияет ряд характеристик, поэтому необходимо ознакомиться с ними поподробнее, чтобы создать свой трансформатор. Следует начать с количества фаз и напряжения сети. Данные параметры указывают на то напряжение, в котором осуществляется работа. Что касается самодельных вариантов устройств, то для них часто используется 220 В, хотя на некоторых может использоваться и 380 В. Это важно при выполнении расчетов.
Еще одним важным показателем является номинальный сварочный ток. От данной величины зависит возможность использования средства для резки и сварки. В устройствах, изготовленных своими руками, данный параметр не превышает значения в 200 А. Этого вполне хватит, да и от увеличения этого показателя происходит увеличение веса агрегата, что в данном случае неуместно.
При работе аппарата должны существовать пределы регулировки тока. Для работы с металлом, имеющим определенную толщину, необходима и определенная сила тока, иначе он просто расплавится. Чтобы этого избежать, присутствует регулятор. Часто пределы зависят от необходимости применения электродов определенного диаметра.
Рисунок 1. Схема простого сварочного трансформатора.
В самодельных конструкциях они колеблются в пределах 50-200 А. Что касается аппаратов точечной сварки, то здесь значение выше, 800-1000 А.
Определенную значимость имеет и диаметр применяемого электрода. От него зависит и номинальный ток. Так, например, во время применения толстых электродов сила тока должна быть большой, а во время использования тонких — маленькая. Это касается и толщины обрабатываемого металла.
Для аппарата контактной, то есть точечной сварки значение диаметра важно. Необходимо обратить внимание, что в этом случае присутствуют два значения: диаметр электрода и его части в виде конуса.
Следующий показатель называется номинальное рабочее напряжение, которое представляет собой напряжение на выходе после понижения входящего. Данное значение не больше 80 В. Трансформаторы для дуговых агрегатов обладают номинальным напряжением от 30 до 70 В. Данное значение для точечной сварки равно 1,5-2 В. Необходимо обратить внимание, что указанный параметр — величина неизменяемая, а задается с самого начала.
Ключевой характеристикой является номинальный режим работы. Данный показатель указывает на время, в течение которого трансформатор может использоваться без перерыва и за которое он способен остыть. Для самодельных устройств это значение равно 30%. То есть при эксплуатации агрегата в течение 10 минут 7 из них уйдет на остывание аппарата, а 3 минуты будет составлять весь процесс работы.
Рисунок 2. Схема сварочного трансформатора с регуляторами.
Следующие показатели являются второстепенными, так как они практически ни на что не влияют. Но зная их, можно определить КПД устройства. Речь идет о выходной и потребляемой мощности. Во время проведения вычислений нужно знать значение используемой мощности. Кроме того, чем меньше показатель разности между вторым и первым показателями, тем лучше аппарат.
Для дуговых агрегатов необходимо еще учитывать напряжение при холостом ходе. Если этот параметр высокий, то вызвать дугу будет легче. Однако нужно учитывать, что указанное значение имеет свое ограничение, равное 80 В, что связано с безопасностью рабочего, использующего агрегат.
Схема устройства
Создание схемы является важной частью, особенно если нужно сделать трансформатор своими руками. Схема не является сложной, но при возникновении трудностей рекомендуется ознакомиться с ГОСТ 21.614, где указаны графические обозначения электрического оборудования. Самой простой схемой является представленная на рис. 1. Но развитие данного направления претерпевает изменения, в результате чего в самодельных механизмах можно увидеть более сложные детали, как, например, регуляторы и диодные мосты. Подобная схема указана на рис. 2.
Что касается дуговых аппаратов, изготовляемых собственноручно, то чаще всего используется тороидальный трансформатор. Он имеет высокое значение номинальный силы тока и КПД, а вес агрегата невелик. Остальные характеристики тоже выше, чем при использовании сердечника в виде буквы П.
Более сложную схему имеет трансформатор для точечной сварки. В нее включаются тиристоры, конденсаторы и диоды. Это позволяет лучше настроить время рабочего процесса и силу тока. Для агрегата данного типа сварки схема представлена на рис. 3.
Выполнение расчетов
Рисунок 3. Схема трансформатора для точечной сварки.
Трансформатор представлен сердечником и двумя обмотками, которые отвечают за технические параметры изделия. Поэтому для вычислений следует знать параметры первичной и вторичной обмотки, их напряжение, номинальную силу тока и ряд других характеристик.
Для расчетов нужно знать следующие параметры. Сначала потребуется узнать напряжение первичной обмотки, что является напряжением, в котором осуществляется работа агрегата от сети. Данное значение равняется 220 или 380 В.
Необходимо узнать и номинальное напряжение вторичной обмотки, которое направлено на понижение входящего. Данное значение не должно быть больше 80 В, оно нужно для возбуждения сварочной дуги. Следует учесть и диаметр электродов, и толщину металла, с которыми будет вестись работа. В этом случае речь идет о номинальной силе тока вторичной обмотки.
Надежность использования сварочного агрегата зависит от площади сечения сердечника. Для эксплуатации рекомендуется значения от 45 до 55 кв. см. За электропотери отвечает плотность тока в обмотке. Что касается собственноручных вариантов изделий, то для них этот показатель равен 2,5-3 А.
Чтобы наглядно показать, как проводятся расчеты, возьмем свои значения и используем их для формулы. Так, например, напряжение сети будет равно значению U1=220 В, а напряжение для вторичной обмотки составляет U2=60 В. Что касается остальных значений, то номинальная сила тока 180 А, площадь окна So=100 см², площадь сечения сердечника Sс=45 см², плотность тока в обмотке 3 А. Исходя из представленных данных можно вычислить мощность устройства, которая будет равна P = 1,5*Sс*So = 1,5*45*100 = 6750 Вт.
Схема подключения сварочного трансформатора к реактору.
Необходимо обратить внимание, что в данном случае значение 1,5 использовано для трансформаторов, у которых сердечник Ш и П. Что касается сердечников ШЛ и ПЛ, то у них это значение равно 1,7, а для тороидальных — 1,9.
После этого нужно определить количество витков в каждой обмотке. В итоге выходит K = 50/Sс = 50/45 = 1,11. Последнее значение — это количество витков на 1 вольт. В этом случае тоже надо заметить, что цифра 50 подходит для сердечников Ш и П. Для ШЛ и ПЛ значение равно 40, а для тороидальных — 35. После проведенных ранее расчетов можно узнать максимальное значение силы тока на первичной обмотке. Для этого есть формула, куда нужно вставить полученные значения: Imax = P/U = 6750/220 = 30,7 А.
Далее необходимо провести вычисление витков по формуле Wх =Uх*K. Например, для вторичной обмотки подобная формула и результат будут выглядеть следующим образом: W2 = U2*K = 60*1,11 = 67. Последнее значение показывает количество необходимых витков.
Сборка конструкции
В качестве примера показан трансформатор, имеющий сердечник П-образный. Процесс создания конструкции начинается с изготовления каркаса для обмоток. Для этого потребуются пластины из текстолита. Из них вырезаются детали, необходимые для коробок.
Что касается самих коробов, то они будут иметь две крышечки, расположенные в верхней части, на каждой их них нужно сделать прорези, необходимые для стенок в количестве четырех штук. Площадь сечения сердечника будет равна внутренней площади указанных прорезей. Однако нужно заметить, что надо сделать небольшое увеличение, которое потребуется для стен коробов.
Схема устройства однофазного трансформатора.
После завершения сборки каркаса его изолируют, затем можно приступать к созданию обмотки. В качестве проводов рекомендуется брать те, которые имеют термостойкую изоляцию. После намотки одного слоя его изолируют, затем начинается намотка следующего слоя. Следует не забывать, что после определенного количества мотков надо сделать отводы. После завершения обмотки нужно установить верхнюю изоляцию. Медные болты закрепляются на концах отводов.
Затем приступают к собиранию и шихтованию магнитопровода. С этой целью применяется специальное железо. Для сердечника подойдут старые пластины из металла, или можно приобрести новые. После завершения сборки нужно проверить устройство тестером.
На последнем этапе необходимо сделать диодный мост, затем установить регулятор. Для моста подойдут диоды KBPC5010 и В200. Их количество зависит от номинальной силы тока. Если агрегат имеет подобный параметр в 180 А, то для устройства нужно взять 4 диода, так как один рассчитан на 50 А. К радиатору из алюминия прикрепляются диоды, затем осуществляется подключение одновременно с дросселем отводов. Затем собирается корпус, в который будет помещен трансформатор.
Изготовление тороидального трансформатора
Указанные самодельные сварочные конструкции имеют больше преимуществ, чем трансформатор Ш или П-образный. В итоге такой агрегат сделать выгоднее. Чтобы сделать конструкцию самому, нужно воспользоваться частями от старых аппаратов.
Работа включает в себя следующие положения. Сначала нужно пластины из металла обкатать округлым предметом, например бутылкой. После этого одна из пластин скручивается в кольцо, элемент необходимо закрепить саморезами. Получается оправка для пластин.
Затем происходит укладка пластин, работу следует начинать от края, постепенно двигаясь вовнутрь. Необходимо уложить те пластины, которые еще не были обкатаны, что связано со значительным внутренним диаметром. После того как было набрано необходимое количество данных элементов, пластины поджимаются. Постепенно внутренний диаметр будет уменьшаться, поэтому можно начать использовать обкатанные элементы.
Получается первое кольцо для магнитопровода изделия. Нужно произвести подготовку второй оправки, необходимой для следующего кольца магнитопровода. В этом случае действия схожи, укладка осуществляется, как и в случае с первым кольцом. Важно обратить внимание, что не должно оставаться зазоров между пластинами. Нужно уделять время и прижиманию пластин.
Схема тороидального трансформатора.
После выполненных действий нужно использовать молоток, которым следует обстучать торцевую часть колец. Затем потребуется эпоксидный клей, которым пропитываются оба кольца. Клей предварительно нужно развести с растворителем. Оба кольца склеиваются между собой.
Теперь необходимо определить высоту сердечника. Нужно заметить, что она может варьироваться, что зависит от толщины используемых пластин. В данном случае используется сердечник, имеющий высоту 14 см. В итоге его площадь будет составлять 56 кв. см, что с поправкой на зазоры, в конечном счете, составит 50 кв.см.
Далее необходимо провести изоляцию элемента. Для этого вырезаются из картона круги, которые накладываются на сердечник. Готовую деталь обматывают черной изолентой, имеющей тряпичную основу, а после — малярным скотчем.
Трансформатор готов к следующему этапу. На челнок, изготовленный из ДСП, нужно намотать провод первичной обмотки, а конец провода № 1 обматывается филенкой. Затем через отверстие в торе просовываются челнок, каждый виток прижимается. Нужно каждый виток распределить по сердечнику.
После намотки первый ряд обматывается изолентой, далее наматывается второй ряд, не забывая сделать отводы. После этого нужно проверить ток на холостом ходу. Амперметр должен показать значение в диапазоне 0,2-1,2 А. В этом случае действия были выполнены правильно.
Конец № 2 тоже обматывается с помощью филенки. Далее происходит изоляция первичной обмотки. Затем наматывается вторичная обмотка, только в этом случае челнок не будет принимать участия. По завершении работы данная часть изолируется, из текстолита необходимо вырезать два круга, а для крепления обмоток сверлятся два отверстия.
Стоит обратить внимание, что изготовить и собрать конструкцию с первого раза не получится.
Но внимательно выполняя расчеты и монтаж, конечный результат вас порадует.
