Книга. Юрий Федорович ПодольскийСварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка
 Скачать 6.42 Mb.
|
|
Изготовление самодельного магнитопровода Обычно при самостоятельном изготовлении СТ используют магнитопровод, уже побы- вавший в употреблении. Это может быть горячекатаная или холоднокатаная сталь от старого сварочного трансформатора или силового трансформатора подстанции. Желательно, чтобы трансформаторная сталь была холоднокатаной. Она обладает лучшими магнитными харак- теристиками по сравнению с горячекатаной. Это позволяет изготавливать из нее наиболее компактные трансформаторы. Тип проката легко определить по цвету стали. Холоднокатаная сталь имеет белый цвет; горячекатаная – темный, почти черный, цвет. Кроме этого, горячекатаная сталь очень ломкая и имеет хорошо видимое лаковое покрытие. Однако может так случиться, что под рукой не окажется специализированной транс- форматорной стали. Еще чаще габариты имеющегося магнитопровода не удовлетворяют Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 137 нуждам мастера-самодельщика. В этом случае сердечник трансформатора можно изготовить из почти любого листового железа. Лучше всего для этих целей подходит обыкновенное мяг- кое железо, а вернее – жесть толщиной 0,3–0,5 мм. Для снижения потерь перемагничивания железо необходимо предварительно отжечь в муфельной печи или на углях при температуре красного каления и дать возможность медленно остыть. Затем железо очищают от окалины, ровняют и покрывают слоем лака. Лаковое покрытие необходимо для осуществления элек- трической изоляции отдельных листов сердечника. Для этих же целей между листами стали можно прокладывать тонкие листы конденсаторной бумаги или кальки. Для хорошего пере- крытия стальных листов размеры листов бумажных должны быть больше на 2–3 мм. Конструкция самодельного стержневого сердечника сварочного трансформатора изоб- ражена на рис. 47. Сердечник набран из пластин кровельной стали толщиной 0,27—0,5 мм. Имеющееся железо сначала рубят на полосы, потом режут на фрагменты с размерами согласно чертежу. Заусенцы на краях рубленого железа необходимо удалить с помощью над- филя или мелкого напильника. Затем заготовки отжигают и лакируют по вышеприведенной методике. Собирается сердечник «вперекрышку» с возможно меньшими зазорами в местах стыковки отдельных листов. Рис. 47. Конструкция самодельного сердечника сварочного трансформатора Сварочные трансформаторы на магнитопроводе от ЛАТРов Распространенным материалом для изготовления самодельных сварочных трансфор- маторов издавна являются лабораторные автотрансформаторы (далее – ЛАТРы). Как пра- вило, все ЛАТРы имеют примерно одинаковый внешний вид: хорошо вентилируемый жестя- ной корпус круглой формы с жестяной или эбонитовой лицевой крышкой со шкалой от 0 до 250 В и вращающейся рукояткой. Внутри корпуса находится тороидальный автотрансфор- матор, выполненный на магнитопроводе значительного сечения. Этот сердечник и понадо- бится для изготовления СТ. ЛАТРы выпускали разных типов с максимальными токами от 2 до 10 А. Для изготов- ления СТ годятся только те, размеры магнитопроводов которых позволяют уложить необхо- димое количество провода. Наиболее распространенным среди них является автотрансфор- матор типа ЛАТР 1М, рассчитанный, в зависимости от провода обмотки, на токи 6,7–9 А, Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 138 но сердечник при этом использовался один и тот же. Он имеет следующие размеры: внеш- ний диаметр – 127 мм; внутренний диаметр – 70 мм; высота кольца – 95 мм; сечение S = 21 см 2 ; вес около 6 кг. Этого вполне достаточно, чтобы изготовить вполне работоспособный сварочник для бытовых нужд. Если вам достался сгоревший ЛАТР, с него надо снять ограждение, арматуру и удалить сгоревшую обмотку. Освобожденный магнитопровод должен быть изолирован от будущих слоев обмотки электрокартоном или двумя слоями лакоткани. Обмотки СТ расположены равномерно по поверхности магнитопровода. В первичной обмотке применен провод ПЭВ-2 ∅1,2 мм, длиной 170 м. Для удобства работы можно исполь- зовать челнок в виде деревянной рейки 40 × 500 мм с прорезями на концах, на который предварительно намотан весь провод (рис. 48, а). Челнок с проводом продевают сквозь окно, освобождают виток провода и затем переносят в обратном направлении, но уже поверх тора. Первичную обмотку изолируют двумя слоями стекло– или лакоткани. Не следует стремиться намотать первичную обмотку быстро и за один раз. Процесс этот медленный, а после укладки жестких проводов начинают болеть пальцы. Лучше сделать это за 2–3 подхода, ведь качество важнее скорости. Вторичная обмотка располагается поверх первичной. Она может иметь от 45 до 65 витков и мотается шиной в хлопчатобумажной или стеклотканевой изоляции или канатиком (набором проводов) с общим сечением проводников от 6 мм 2 до 15 мм 2 . Канатик делают из обмоточных проводов, которые, в принципе, могут быть любого диаметра, но лучше всего использовать провода типа ПЭЛ или ПЭВ ∅0,5–1,5 мм. Свитые проводники канатика изо- лируются хлопчатобумажной лентой (см. рис. 48, б). Внутри провод располагают виток к витку, а с внешней стороны с небольшим зазором – для равномерного расположения и луч- шего охлаждения. Работу по укладке провода удобнее выполнять вдвоем: один осторожно, не задевая за соседние витки, чтобы не повредить изоляцию, протягивает и укладывает провод, а помощ- ник удерживает свободный конец, предохраняя его от скручивания. Иногда возникает соблазн избавить себя от лишней работы и использовать уже гото- вую, прекрасно уложенную первичную обмотку. Однако польза от этого будет минимальной. Обмотка ЛАТР 1М имеет 265 витков провода диаметром 1 мм. Если намотать вторичную прямо на нее, то трансформатор станет развивать непомерную для себя мощность, быстро нагреется и выйдет из строя. Ведь даже при работе с электродами ∅2 мм, которым доста- точно тока 50–60 А, по первичной обмотке будет течь ток около 15 А. Для такой мощности первичка должна содержать около 400 витков. Их можно домотать, предварительно покрыв лаком токоотводящую дорожку и изолировав родную обмотку ЛАТРа. Можно поступить и по-другому – не доматывать витки, а погасить мощность балластным сопротивлением, включенным в цепь первичной или вторичной обмотки. В качестве активного сопротивле- ния можно использовать батарею параллельно соединенных мощных проволочных резисто- ров, например ПЭВ-50 или ПЭВ-100 суммарным сопротивлением до 10 Ом, включенных в цепь первичной обмотки. Во время работы резисторы будут сильно греться. Чтобы избежать этого, их можно заменить реактивным сопротивлением – дросселем. Дроссель мотают на каркасе 100—200-ваттного трансформатора количеством витков 100–200. Чаще всего витки подбирают экспериментально. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 139 Сварочный трансформатор будет обладать значительно лучшей характеристикой, если балластное сопротивление (сотые доли Ома) включено на выходе вторичной обмотки – последовательно в цепь провода держателя электродов. Этим же балластом осуществляется и регулировка тока. Балласт представляет собой нихромовую или константановую прово- локу ∅3 мм и длиной 5 м, свернутую «змейкой», которая крепится к асбестоцементному листу. Все соединения проводов и балласта осуществляются с помощью болтов М10. Мето- дом подбора, перемещая по «змейке» точку присоединения провода, устанавливают требу- емый ток. Собранный трансформатор помещают на изолированную площадку в прежний кожух, предварительно просверлив в нем отверстия для вентиляции. Провода первичной обмотки подключают к сети 220 В кабелем ШРПС или ВРП. Выводы вторичной обмотки соединяют с гибкими изолированными проводами ПРГ; к одному из них крепится держатель электродов, а к другому – свариваемая деталь. Этот же провод для безопасности сварщика заземляют. В цепи первичной обмотки необходимо предусмотреть отключающий автомат АП-25. Для сварки с таким СТ применяют электроды типа Э-5РА УОНИИ-13/55-2,0-УД1 ∅1– 3 мм. Ими можно выполнить большинство бытовых сварочных работ. Но, как показывает практика, одного ЛАТРа недостаточно для серьезной работы. Из-за небольшого сечения магнитопровода и малого размера его окна, ограничивающего сечение провода вторичной обмотки, такой СТ будет сильно перегреваться даже после работы с 1–2 электродами ∅3 мм. Чтобы «выжать» максимум возможностей из одного такого магнитопровода, можно выполнить первичную обмотку из 200 витков медного провода ∅1,8 мм, а вторичную – из 44 витков шины или канатика сечением 16 мм 2 . Но при этом следует, во-первых, пропитать каждую обмотку эпоксидной смолой и вторичную обмотку наматывать только после того, как полностью высохнет пропитка первичной. Между обмотками обязательно проложите два слоя изоляции. И во-вторых, все время работы СТ должен обдуваться вентилятором. Трансформатор в это время стоит на боку, чтобы поток воздуха свободно проходил через оставшееся после намотки окошко внутри него. Можно использовать вентилятор УВО-2,6– 6,5-У4 с фазосдвигающим конденсатором МБГО 1,0 мкф × 400 В. Подойдут и любые другие «плоские» вентиляторы диаметром 130–150 мм. В этом случае СТ заключают в корпус, который изготавливают из двух квадратных щитов 10-миллиметровой фанеры. Длина сторон квадрата должна на 20–30 мм превышать наибольший диаметр тороидального сердечника с обмотками. Щиты по углам стягиваются шпильками с резьбой М8. В центре каждого щита вырезано по отверстию для вентиляции диаметром, соответствующим размеру вентилятора. К одному из щитов вентилятор и кре- пится. К торцам щитов, на которых будет стоять конструкция, для устойчивости можно при- крепить площадку из той же фанеры или полозья из металлического профиля. Щиток для крепления выводов обмоток СТ изготавливают из 5—10-миллиметрового текстолита или гетинакса. Клеммы выводов первичной и вторичной обмоток располагают на противоположных сторонах трансформатора. В качестве клемм для первичной обмотки используют болты М8, для вторичной обмотки – болты М12. Клеммную сборку закрывают крышкой, закрепляя ее на мебельных петлях. Существуют ЛАТРы и с более объемными магнитопроводами, например РНО-250-2 и др. Они гораздо лучше подходят для изготовления СТ, но менее распространены. У других автотрансформаторов, аналогичных по параметрам ЛАТР 1М, например АОСН-8-220, маг- нитопровод имеет другие размеры: внешний диаметр кольца больше, но зато меньше высота и диаметр окна. В таких случаях, чтобы повысить продолжительность работы СТ, необхо- димо расширить диаметр окна. Кольцо магнитопровода состоит из намотанных друг на друга отрезков железной ленты, скрепленной по краям точечной сваркой. Для того чтобы увеличить внутренний диа- Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 140 метр окна, необходимо изнутри отсоединить конец ленты и отмотать ее необходимое количе- ство. Но не пытайтесь отмотать за один раз все. Лучше отматывать по одному витку, каждый раз отрезая лишнее. Правда, при этом неизбежно уменьшается площадь сечения магнито- провода, что ведет к потере мощности. Рис. 48. Изготовление трансформаторов из ЛАТРа: а – челнок; б – изготовление «канатика»; в – увеличение окна сердечника; d 1 – исход- ный диаметр сердечника; с 1 – исходный диаметр окна; S 1 – исходное сечение магнитопро- вода; d 2 – диаметр сердечника после перемотки; с 2 – увеличенный диаметр окна; S 2 – сече- ние магнитопровода после перемотки Как же поступить в таком случае? Есть несколько вариантов. Во-первых, можно попы- таться отрезанную изнутри ленту намотать снаружи тора (рис. 48, в). Таким же способом иногда «сращивают» два магнитопровода с одинаковой высотой и толщиной ленты (этот способ будет рассмотрен ниже). Во-вторых, при наличии двух одинаковых ЛАТРов можно изготовить неплохой сва- рочный трансформатор. Существует две распространенные схемы таких аппаратов, которые и будут рассмотрены ниже. Но в любом случае сердечники необходимо освободить от обмо- ток, даже если они совершенно целые. Трансформатор с разнесенными плечами («ушастик») Прежде всего следует изолировать оба кольца. Особое внимание при этом обратите на углы краев колец – они довольно острые и могут разрезать наложенную изоляцию, а потом замкнуть собой провод обмотки. Места наибольшего изгиба обмоточного провода – наибо- лее уязвимая часть любого трансформатора. Поэтому углы нужно сначала несколько сгла- дить напильником, а потом на плоские торцевые поверхности уложить дополнительные изо- лирующие прокладки из картона толщиной 0,5–1 мм в виде колец, края которых надрезаны в виде лепестков. После этого всю поверхность тора тщательно обмотайте в 2–3 слоя лако– или стеклотканью так, чтобы ее соседние витки перекрывали друг друга, не оставляя про- светов. Иногда вместо картонных колец вдоль кромок накладывают крепкую и эластичную ленту (например, киперную) или разрезанную вдоль трубку кембрика. Изоляция наматыва- ется сверху в любом случае. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 141 Далее изолированные кольца соединяют вместе «восьмеркой» (рис. 49). Кольца плотно стягивают киперной лентой, а по бокам фиксируют деревянными колышками и потом тоже стягивают лентой. Следующий шаг самый ответственный – укладка первичной обмотки. Обмотки этого сварочного трансформатора мотают так: первичная посредине, а две секции вторичной – на боковых плечах. Такой трансформатор из-за его своеобразного внешнего вида с выступаю- щими в разные стороны, как уши Чебурашки, круглыми секциями часто называют «ушасти- ком». Первичная обмотка намотана проводом ∅1,6–2,2 мм. Для магнитопроводов с диамет- ром окна 70 мм можно применять провод не толще ∅2 мм, иначе останется мало места для вторичной обмотки. При нормальном сетевом напряжении первичная обмотка содержит, как правило, 180–200 витков. Провод обмотки СТ может состоять и из отдельных кусков, если целый провод достать не удалось. В этом случае он наматывается частями, а концы соединяются между собой. Для этого залуженные кончики соединяют внахлест (не скручивая) и скрепляют несколькими витками тонкой медной жилы без изоляции, потом окончательно пропаивают и изолируют. Такое соединение не дает трещин в проводе и не занимает большого объема. Еще лучше сварить провода угольным электродом, для чего понадобится уже работающий сварочный трансформатор. В держатель последнего вставляют графитовый стержень (от вышедшей из строя батарейки). Другой провод СТ подключают к основанию скрутки. Если коснуться графитовым стержнем верхушки скрутки, образуется электрическая дуга и концы проводов расплавляются. Сварка считается качественной, если на кончике скрутки образуется шарик из расплавленного металла, охватывающий все проводки. Скрутки изолируют, а затем киперной лентой приматывают к сердечнику. На первичную обмотку уходит около 70–80 м провода, каждый виток которого при- дется протягивать через оба окна составного магнитопровода. При этом никак не обойтись без челнока, на который намотан провод. На конец провода надевают кембрик, который при- тягивают изолентой к началу первого слоя. Поверхность магнитопровода имеет закруглен- ную форму, поэтому первые слои будут содержать меньше витков, чем последующие, – для выравнивания поверхности (рис. 49, в). Провод ложится виток к витку, ни в коем случае не допуская захлестывания провода на провод. Слои провода обязательно изолируют друг от друга. Дело в том, что при работе трансформатор вибрирует. Если провода в лаковой изоля- ции лежат друг на друге без промежуточной изоляции, то в результате вибрации и трения друг о друга слой лака может разрушиться и произойдет замыкание. К тому же для экономии пространства обмотку следует класть как можно компактнее. На магнитопроводе из некруп- ных колец межслоевую изоляцию следует использовать потоньше. Для этих целей хорошо подходят небольшие катушки скотча, которые без труда проходят в заполненные окна, а сам скотч не занимает лишнего объема. Теперь нужно определить количество витков вторичной обмотки. Для начала включите уже готовую первичную обмотку в сеть. Ток холостого хода у исправного трансформатора Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 142 в этом варианте небольшой – всего 70—150 мА, а гул еле слышен. Теперь наматываем на одно из боковых плеч 10 витков любого провода и измеряем выходное напряжение на них. На каждое из боковых плеч приходится по половине магнитного потока, создаваемого на центральном плече, поэтому здесь на каждый виток вторичной обмотки приходится 0,6–0,7 В. Исходя из полученного результата, рассчитывают количество витков вторичной обмотки, ориентируясь на ее напряжение 50 В. Должно получиться примерно 75–80 витков. Выбор материала вторичной обмотки ограничен оставшимся пространством окон магнитопровода. В него придется протягивать каждый виток толстого провода по всей длине. Хуже всего придется во время намотки последних витков – для них останется очень узкое окно. Легче мотать вторичную обмотку алюминиевым проводом сечением 16–20 мм 2 Проще же всего намотать ее обычным многожильным проводом 16 мм 2 в синтетической изоляции: он мягкий, гибкий, хорошо изолирован, при работе будет лишь слегка греться. Можно изготовить вторичную обмотку и из нескольких жил медного провода (канатиком), как это было описано выше. Половину витков вторичной обмотки мотают на одно плечо, половину – на другое. Если не окажется цельного провода достаточной длины, можно вести обмотку из кусков. Намотав провод на оба плеча, нужно измерить напряжение на каждой из обмоток. Оно может отличаться на 2–3 В из-за возможных небольших различий магнитопроводов разных ЛАТРов. Это особо не влияет на свойства дуги при сварке. Потом обмотки на плечах после- довательно соединяются (следите, чтобы они не оказались в противофазе, иначе на выходе получится напряжение, близкое к 0). При напряжении сети 220–230 В «ушастик» должен развивать в дуговом режиме ток 100–130 А. Ток при коротком замыкании вторичной цепи – до 180 А. Может оказаться, что в окна не удалось вместить все рассчитанные витки вторичной обмотки и выходное напряжение оказалось ниже желаемого. Рабочий ток уменьшится от этого несильно. В большей степени понижение напряжения холостого хода влияет на про- цесс зажигания дуги. Дуга зажигается легко при напряжениях, близких к 50 В и выше, хотя и при напряжении около 40 В работает большинство электродов. Рис. 49. Сварочный «ушастик»: а – расположение сердечников и обмоток; б – электрическая схема; в – намотка пер- вичной обмотки (1 – магнитопровод; 2 – провод; 3 – межслоевая изоляция) |