Книга. Юрий Федорович ПодольскийСварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка
 Скачать 6.42 Mb.
|
|
Тороидальный трансформатор из ЛАТРов Из двух колец от ЛАТРов можно изготовить СТ и по другой – тороидальной – схеме. Кольца складывают одно на другое и изолируют – получается одно кольцо-магнитопровод со значительной площадью сечения (рис. 50). Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 143 Рис. 50. Магнитопровод со значительной площадью сечения Первичная обмотка содержит столько же витков, сколько и в предыдущей схеме, но мотают ее по всей длине кольца и, как правило, укладывают в два слоя. Проблема дефи- цита внутреннего пространства окна магнитопровода такой схемы трансформатора стоит еще более остро, чем для предыдущей конструкции. Поэтому изолировать здесь нужно как можно более тонкими слоями и материалами. Нельзя здесь применять и толстые обмоточ- ные провода. Выгодное отличие тороидальной схемы – более высокий КПД. На каждый виток вто- ричной обмотки теперь будет приходиться более одного вольта напряжения, следовательно, в ней будет меньше витков, а выходная мощность получится выше, чем в предыдущей схеме. Однако длина витка на тороиде будет больше, и сэкономить на проводе вряд ли удастся. К недостаткам данной схемы следует отнести: сложность намотки, ограниченный объем окна, невозможность использования провода большого сечения, а также высокую интенсивность нагрева. Если в предыдущем варианте все обмотки располагались раздельно и имели пре- имущественно прямой контакт с воздухом, то теперь первичная обмотка находится полно- стью под вторичной и их нагрев взаимно усиливается. Применить для вторичной обмотки жесткие провода здесь сложно. Ее легче намотать мягким многожильным или изготовленным из нескольких жил проводом. Если правильно подобрать все провода и аккуратно их уложить, то в пространство окна магнитопровода вме- стится необходимое количество витков вторичной обмотки и на выходе получится нужное напряжение. Характеристика горения дуги у такого СТ весьма неплоха. А для охлаждения имеет смысл оснастить конструкцию вентилятором. Иногда из нескольких колец ЛАТРов делают составной магнитопровод другим путем: не ставят их друг на друга торцами, а перематывают железные полосы ленты с одного на дру- гой, о чем упоминалось выше (см. рис. 48, в). Для этого сначала из одного кольца выбирают внутренние витки полос – чтобы расширить окно. Кольца других ЛАТРов распускаются полностью на полосы ленты, которые потом как можно плотнее наматываются на наружный диаметр первого кольца. После этого собранный единый магнитопровод очень плотно обма- тывается изолирующей лентой (предварительно обрабатываются его острые кромки, как описывалось выше). Таким образом, получается кольцо-магнитопровод с более объемным внутренним пространством, чем у всех предыдущих. В него можно будет вместить провод значительного сечения, и сделать это будет гораздо проще. Необходимое количество вит- ков рассчитывают по площади сечения собранного кольца. К недостаткам этой конструкции следует отнести высокую трудоемкость работы. Тем более что как ни старайся, а вручную Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 144 намотать железные полосы друг на друга так же плотно, как раньше, все равно не удастся. В результате в режиме сварки магнитопровод будет сильно вибрировать, издавая мощный гул. Изготовление самодельного тороидального магнитопровода Если ни одна из вышеописанных конструкций не способна обеспечить нужные вам мощность и продолжительность работы, попробуйте сами изготовить тороидальный магни- топровод с заданными габаритами, окном для обмоток и площадью сечения. Изготавливают магнитопроводы из различных прямоугольных листов трансформаторной стали при отно- шении ширины листа к длине приблизительно 1:4–1:10 и толщине листа 0,1–0,7 мм. Такие листы остаются после разборки очень мощных силовых трансформаторов. Кроме того, понадобятся медицинский жгут, эпоксидный клей и две цилиндрические гладкие оправки с соотношением диаметров 3:1. При этом диаметр большого цилиндра должен соответство- вать диаметру окна магнитопровода. Ориентировочно такими оправками могут быть 2– или 3-литровые стеклянные банки и пол-литровая стеклянная бутылка, но лучше, конечно, использовать небьющиеся предметы с гладкой и ровной поверхностью. Вначале жгут примеряют по диаметру большого цилиндра, обрезают и сшивают его концы. Полученное эластичное кольцо должно надеваться на большой цилиндр внатяжку. Пластины по очереди обжимают вокруг меньшего цилиндра, придавая им цилиндри- ческую форму (рис. 51, а). Фиксировать пластины не надо. Важно, чтобы они оказались ровно изогнутыми. Затем отформованные на малом цилиндре пластины укладывают между большим цилиндром и жгутом, предварительно надев подготовленный жгут на большой цилиндр. Пластины укладывают по ходу часовой стрелки плотно одна за другой (рис. 51, б). После укладки 5–7 пластин большой цилиндр берут за торцы и, прижимая жгут к жест- кой поверхности (столу), укатывают уложенные пластины (рис. 51, в). При этом вращают сам цилиндр внутри пластин. Этот этап заканчивают после того, как пластины оказываются плотно подогнанными друг к другу. Следует сразу же выравнивать их торцы по высоте, чтобы срез тора получался ровным. Затем вкладывают следующие 5–7 пластин и процесс их укатки повторяют. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 145 Рис. 51. Изготовление тороидального магнитопровода: а – обжим пластин; б – укладка пластин; в – укатка пластин; г – покрытие пластин клеем и сушка; 1 – меньшая оправка; 2 – полоса трансформаторной стали; 3 – большая оправка; 4 – эластичный бинт (кольцо); 5 – собранный магнитопровод; 6 – слой эпоксидного клея; 7 – зазор между листами стали В ходе укладки пластин могут образоваться небольшие щели при несостыковке концов пластин. Существенного влияния на работу трансформатора этот дефект не оказывает, но необходимо стараться, чтобы таких щелей было поменьше. Укладка и подгонка друг к другу пластин продолжается до тех пор, пока сечение обра- зовавшегося тора не будет соответствовать расчетному. После этого обе торцевые стороны смотанных в тор пластин покрывают эпоксидным клеем и оставляют сохнуть (рис. 51, г). После отвердения клея оправку извлекают из тора и снимают жгут. При этом возможно отде- ление нескольких крайних пластин. В этом случае их лучше удалить, а не пытаться прикле- ить на место. Поэтому имеет смысл заложить в расчет несколько лишних пластин, образу- ющих сердечник. Если они и не отклеятся, их вес слишком мал в сравнении с весом всей конструкции, чтобы причинить неудобства. После того как сердечник просох, его необходимо изолировать. Для изоляции можно использовать электрокартон толщиной 0,5–1 мм. Торцевые части сердечника изолируем с помощью картонных кругов, которые на 10–15 мм перекрывают внешний и внутренний раз- меры сердечника. Наружная и внутренняя поверхность сердечника изолируется при помощи картонных полос. Накладываем картонные полосы и круги на сердечник, а затем закрепляем их, обмотав сердечник киперной лентой или полосой хлопчатобумажной ткани. Получен- ную конструкцию покрываем лаком. После высыхания лака на магнитопровод можно укла- дывать обмотки. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 146 Сварочный трансформатор из статора электродвигателя Использовать по два кольца в вышеописанных конструкциях приходится не столько из- за необходимости наращивания площади сечения магнитопровода, сколько для уменьшения количества витков, иначе они просто не вместились бы в узкие окна. Было бы достаточно площади сечения и одного крупного кольца: он имел бы даже лучшие характеристики по плотности магнитного потока. Изобретательская мысль нашла весьма оригинальное реше- ние этой задачи. Многие самодельные СТ намотаны на материале магнитопровода от вышедшего из строя крупного асинхронного трехфазного электродвигателя. Такой тип двигателей наибо- лее распространен в промышленности и в оборудовании, а поскольку перегоревшие обмотки в них перематывают редко, то найти подобное железо не очень сложно. Для изготовления сварочного трансформатора подходят двигатели мощностью, близкой к 4 кВт и более. Конструкция асинхронного электродвигателя достаточно проста – состоит он из вра- щающегося на валу ротора и неподвижного статора, впрессованного в металлический кор- пус мотора. Соединяется всё это двумя боковыми крышками, стянутыми между собой шпильками. Разобрать его очень просто, достаточно открутить гайки на шпильках крышек. Крышки снимаем, ротор вытаскиваем и оставляем только статор, который и представляет для нас интерес (рис. 52, а). Статор состоит из магнитопровода круглой формы, запрессованного в чугунный или алюминиевый корпус двигателя, и обмоток двигателя, плотно уложенных в продольные пазы изнутри магнитопровода. Провода необходимо полностью удалить, и делать это лучше, пока статор еще запрессован в корпусе. Иногда удается извлечь обмотку, не повредив изоляцию проводов. Это особенно ценно, если у проводов изоляция из стеклоткани, ведь тогда они подойдут для первичной обмотки трансформатора. А вначале нужно с помощью планки из древесины твердых пород или тек- столитовой пластины молотком выбить клинья, удерживающие обмотку в пазах. Если же извлечь обмотку целой не удается, с одной стороны статора все выводы обмо- ток бывшего двигателя обрубают под торец острым зубилом. Можно спилить выступающие части обмоток ножовкой по металлу. С противоположной стороны провод обрезать не сле- дует – там обмотки образуют петли, за которые можно будет вытянуть оставшиеся провода. Монтировку или мощную отвертку просовывают в изгибы петель и вытаскивают провода. Торец корпуса двигателя при этом служит упором для рычага, образованного инструментом. Провода выходят легче, если их сначала обжечь. Обжигать можно паяльной лам- пой, направляя струю пламени строго вдоль паза. Но надо следить, чтобы не перегреть железо статора, иначе оно потеряет свои электротехнические качества. Металлический кор- пус потом легко разрушить: несколько хороших ударов молотком – и он расколется. Главное – не перестараться и не повредить статор. При удалении корпуса сразу надо обратить внимание на способ крепления набора пла- стин магнитопровода. Пластины могут быть скреплены между собой в единый пакет, а могут быть просто уложены в корпус и зажаты с торца стопорной шайбой. В последнем случае при удалении обмоток и разрушении корпуса магнитопровод рассыплется на пластинки. Чтобы этого не произошло, еще до полного разрушения корпуса пакет пластин необходимо скре- пить воедино. Их можно стянуть шпильками сквозь пазы или потом проварить продольными швами, но только с одной – внешней – стороны. Сварка менее желательна, так как увели- чатся паразитные токи Фуко. Слишком большой по площади набор пакета магнитопровода, что характерно для осо- бенно крупных двигателей, нежелателен, так как он весит избыточно много. Все лишнее Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 147 железо нужно отделить перед окончательной сборкой магнитопровода. Возможно, его хва- тит даже на два трансформатора. Для этого отгибают пластины, стягивающие сердечник (обычно они находятся на его наружной поверхности), снимают часть сердечника, а остав- шуюся часть вновь крепят с помощью пластин, предварительно сжав сердечник тисками. После того как кольцо магнитопровода двигателя надежно скреплено и отделено от обмоток и корпуса, его плотно изолируют. Особое внимание уделяют острым углам на краях пазов. Лучше сначала положить на торцы магнитопровода вырезанные из жесткого диэлек- трического материала кольца, чтобы закрыть пазы и перекрыть их острые углы. Кольцо статора имеет внушительные размеры. Например, внутренний диаметр порядка 150 мм позволяет уложить провод значительного сечения, не беспокоясь о запасе места. Площадь поперечного сечения такого магнитопровода периодически меняется по длине кольца из-за пазов, внутри паза ее значение намного меньше. Именно на это эффек- тивное меньшее значение и следует ориентироваться при расчете количества витков первич- ной обмотки (рис. 52, а). Конечно, пазы с внутренней стороны магнитопровода создают определенные неудоб- ства, и многие разработчики рекомендуют полностью вырубить Т-образные выступы пазов. Для этого берут остро заточенное зубило или крейцмейсель и ставят так, чтобы боко- вая грань его острия скользила по боковой поверхности сердечника (рис. 52, б). Ширину зубила подбирают несколько больше ширины основания зубца, но при работе оно не должно касаться соседних зубцов. Тогда зубило скользит по поверхности пазов, образуя чистую поверхность. Неровности подправляют абразивным кругом. Срубание зубцов, безусловно, улучшит форму магнитопровода и, что еще более важно, уменьшит его вес. Однако такая работа довольно сложна. Удалять же зубцы газовой или электродуговой резкой не рекомендуется, так как нагрев нарушит структуру металлических листов и ухудшит характеристики собираемого трансформатора. Кроме того, это может при- вести к деформации сердечника. В то же время на сварочные свойства трансформатора пазы, в общем-то, влияют мало: сварочные характеристики остаются хорошими. Поэтому боль- шинство самодельщиков пазы не трогает. Иногда встречаются рекомендации набить пазы обмоток трансформаторным железом, якобы для увеличения площади магнитопровода. Делать это ни в коем случае нельзя, иначе свойства трансформатора резко ухудшатся, он начнет потреблять непомерный ток, а его магнитопровод будет сильно греться даже в режиме холостого хода. В качестве примера рассмотрим параметры СТ, изготовленного из статора трехфазного асинхронного электродвигателя мощностью 4,18 кВт с внутренним диаметром кольца маг- нитопровода 150 мм, внешним – 240 мм и высотой 122 мм. Эффективная площадь сечения магнитопровода в этом случае равна 29 см 2 . Первичная обмотка имеет 315 витков медного провода ∅2,2 мм, вторичная рассчитана на напряжение 56 В и выполнена из нескольких про- водов ПЭВ общим сечением 22 мм 2 . Можно использовать и алюминиевые провода с попе- речным сечением в 1,65 раза больше, чем медных. Первичная обмотка намотана в два с половиной слоя с изолированием каждого слоя хлопчатобумажной лентой или стеклотка- нью, вторичная уложена на 3/4 длины кольца. При намотке вторичной обмотки ее жела- тельно укладывать так, чтобы она не перекрывала последнюю часть первичной, тогда пер- вичную обмотку можно будет домотать или отмотать при окончательной настройке (рис. 52, Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 148 в). Чтобы регулировать силу сварочного тока, во вторичной обмотке необходимо предусмот- реть дополнительные отводы с напряжением 50, 44, 38 и 32 В. Методика намотки такого трансформатора ничем не отличается от вышеописанной методики намотки провода на маг- нитопровод из ЛАТРа, разве что большой диаметр окна позволяет работать гораздо спокой- нее. Такой трансформатор можно намотать и с разнесенными на разные плечи обмотками (рис. 52, г). В этом случае можно всегда иметь доступ к каждой из них. Трансформатор в дуговом режиме развивает ток порядка 180 А при напряжении пита- ния 230 В. Заметным недостатком трансформатора можно считать разве что его немалый вес – до 40 кг в корпусе. Корпус же можно сделать тем же методом, что и для трансформатора из ЛАТРа, – из двух фанерных щитов. Не помешает и принудительное охлаждение СТ, особенно если пла- нируется длительная работа. Но благодаря тому, что окно магнитопровода в данном случае больше и обмотки намотаны не настолько плотно, вертикальное расположение конструк- ции не обязательно. К нижнему щиту прикручиваются деревянные ножки, обеспечивающие зазор, достаточный для подсоса воздуха, а вентилятор, работающий на выдувание, закреп- ляют на верхнем щите. Рис. 52. Использование статора электродвигателя в качестве магнитопровода: Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 149 а – извлеченный из корпуса статор без обмоток; б – срубание гребней пазов; в – частично перекрывающиеся обмотки; г – разнесенные обмотки; д – сборочный чертеж СТ; 1 – нижний щит; 2 – вторичная обмотка; 3 – верхний щит; 4 – болт стяжки; 5 – вентилятор; 6 – магнитопровод; 7 – первичная обмотка; 8 – узлы крепления выпрямителя; 9 – ножки. Стрелками указано направление потоков воздуха Сварочный трансформатор из… телевизора В старых отечественных цветных телевизорах использовались крупные, увесистые сетевые трансформаторы: в основном ТС-270, ТС-310, СТ-270. Эти трансформаторы имеют U-образные, так называемые броневые, магнитопроводы, состоящие из двух одинаковых U- образных частей – спрессованных и изогнутых пакетов железа, стягиваемых друг с другом хомутами (рис. 53, а). Их легко разобрать: стоит отвинтить всего две гайки на стягивающих шпильках – и магнитопровод распадается на две половинки. У трансформаторов ТС-270, ТС-310 сечение магнитопровода имеет размеры 2 × 5 см (S = 10 см 2 ), а у более новых ТСА-270 сечение магнитопровода S = 11,25 см 2 при разме- рах 2,5 × 4,5 см. При этом ширина окна у старых трансформаторов на несколько миллимет- ров больше. К тому же трансформаторы ТС-270 мотались медью, из их первичных обмоток может пригодиться провод 0,8 мм. ТСА-270 намотаны алюминием, поэтому их использовать нежелательно. В любом случае такие магнитопроводы вместе с каркасами при незначитель- ных переделках можно использовать для изготовления сварки. Понадобится три одинаковых трансформатора такого типа, при этом суммарная пло- щадь их объединенного магнитопровода будет равняться 30–34 см 2 . Еще до разборки теле- визионных трансформаторов необходимо сразу же с помощью маркера или краски пометить сопрягаемые стороны половинок их магнитопроводов для того, чтобы при сборке не пере- путать половинки от разных сердечников и они состыковались точно в том же положении, в котором и были собраны на заводе. Как их соединить между собой после разборки, показано на рис. 53, б. Три отдельных броневых сердечника складывают боковыми торцами друг к другу и стягивают прежними хомутами-каркасами. При этом выступающие за боковой торец части металлических карка- сов необходимо подрезать: на центральном магнитопроводе – с обеих сторон, а у боковых – лишь с одной, внутренней стороны. В результате получается единый магнитопровод боль- шого сечения, который можно легко собрать и разобрать. Объем окна такого магнитопровода позволяет использовать для первичной обмотки провод диаметром до 1,6 мм, а для вторичной – шину прямоугольного сечения 10 мм 2 или многожильный провод-канатик, изготовленный из пучка тонких проводов ∅0,6–0,8 мм, того же сечения, хотя прямоугольная шина компактнее. Для полноценного сварочного трансфор- матора этого, конечно, маловато, однако, учитывая невысокие затраты на изготовление дан- ной конструкции, это вполне оправдывает себя в случае непродолжительных работ. Обмотки мотают на картонных каркасах отдельно от магнитопровода, что, несо- мненно, удобно. Картонный каркас можно изготовить из пары родных каркасов трансфор- матора, выкинув из них с одной узкой стороны боковые щечки, а широкие щечки склеив между собой с помощью дополнительных полос жесткого картона. При намотке внутрь кар- тонных каркасов обязательно надо плотно вложить распорки из нескольких обрезков дере- вянных дощечек. Обмотки необходимо укладывать виток к витку, как можно плотнее, меж- слоевая изоляция должна быть как можно тоньше. С внешней стороны после первого слоя Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 150 провода и далее через каждые два желательно вставлять деревянные колышки для вентиля- ции обмоток. Вторичную обмотку лучше всего мотать шиной прямоугольного сечения, так она зай- мет наименьший объем. Если же она не влезает в положенный объем каркаса, придется отка- заться от удобной намотки отдельно от магнитопровода и мотать вторичную обмотку на уже собранный, с установленной катушкой первичной обмотки сердечник, протягивая каждый ее виток через окно. На жестком магнитопроводе гибкий провод удастся утянуть значительно плотнее, чем на картонном каркасе, и в окно войдет большее количество витков. Так как внутреннее пространство магнитопровода сильно ограничено, для экономии места придется отказаться от разделения первичной обмотки на две секции. Первичная обмотка содержит 250 витков эмалированного провода ∅1,5 мм, и вся она помещена на одном плече. Для работы 2-миллиметровыми электродами вторичная обмотка (45 В, многожиль- ный провод или шина сечением 10 мм 2 ) располагается полностью на противоположном плече. В такой комбинации сварочный ток равняется примерно 70 А, а в режиме короткого замыкания прирост тока совсем небольшой. Ток холостого хода – 450 мА при напряжении сети 230 В. Для работы «тройкой» вторичную обмотку надо дополнить. Считаем предыдущую обмотку за 2/3 общего ее объема, а еще 1/3 располагаем на первом плече поверх первичной. В этом варианте выходной ток в дуговом режиме увеличится примерно до 100 А, и, для того чтобы избежать чрезмерного нагрева, корпус трансформатора следует оборудовать нагнета- ющим вентилятором. Рис. 53. Сварочный трансформатор из телевизионных трансформаторов: а – исходный трансформатор; б – конструкция сварочного трансформатора; 1, 2, 3 – магнитопроводы телевизионных трансформаторов; 4 – U-образные наборы пластин; 5 – обмотки; 6 – нижняя часть хомута; 7 – стягивающие шпильки; 8 – верхняя часть хомута При сборке магнитопровода особое внимание следует уделить надежности крепления и плотности прилегания отдельных U-образных половинок броневого сердечника. Как уже говорилось, сопрягаемые половинки магнитопровода должны быть от одних и тех же транс- форматоров и устанавливаться теми же сторонами, что и на заводе. Под гайки стягивающих шпилек обязательно нужно подложить шайбы большого диаметра и шайбы Гровера. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 151 Основным недостатком данного СТ является несовершенство магнитопровода, имею- щего сжатый зазор между двумя половинками и не рассчитанного на большую мощность. Греется первичная обмотка у этого трансформатора сильнее, чем, например, обмотка с таким же проводом у «ушастика». Тем не менее его можно с успехом использовать в подсобных целях, особенно для сваривания тонкого автомобильного металла. Он отличается особенно компактными размерами и небольшим весом – 14,5 кг. |