Книга. Юрий Федорович ПодольскийСварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка
 Скачать 6.42 Mb.
|
|
Другие типы сварочных трансформаторов Большинство однофазных трансформаторов, использующихся в промышленности, изготовлены по Ш-образной схеме. Снятые со старого оборудования Ш-образные трансфор- маторы тоже можно переоборудовать под сварочные, по крайней мере использовать их маг- нитопроводы, если те обладают достаточным сечением и размерами окна сердечника. Но, как правило, большинство приборных трансформаторов обладают весьма ограниченными размерами. Здесь имеет смысл собрать из пластин двух одинаковых трансформаторов один магнитопровод, нарастив таким образом площадь сечения. Увеличение сечения магнитопро- вода дает выигрыш в витках: их теперь придется мотать значительно меньше. А чем меньше витков, тем в меньшее по объему окно можно установить обмотки. Разумный предел здесь такой же, как и в вышеописанных случаях, – 50–60 см 2 . Если размеры Ш-образного магни- топровода позволяют, то обмотки лучше расположить раздельно, чтобы несколько улучшить сварочные характеристики трансформатора. Например, можно изготовить СТ из магнитопроводов двух одинаковых Ш-образных трансформаторов с внешними размерами Ш-образной пластины 122 × 182 мм и размерами окон 31 × 90 мм. Площадь сечения сложенного из двойного набора пластин магнитопровода превысит 60 см 2 , что даст возможность до минимума сократить число витков его обмоток. Первичная обмотка будет состоять из 176 витков провода ∅1,68 мм. Вторичную мотают в два провода Ш2,5 мм с выходным напряжением 46 В. При сетевом напряжении 235 В транс- форматор способен развить ток дуги до 160 А, хотя и греется при этом значительно. Обычно сложенные из пластин сердечники промышленных трансформаторов разби- рать легко, соответственно, снять старые провода и намотать новые обмотки несложно. Известны случаи, когда на Ш-образный магнитопровод сначала устанавливали вторичную обмотку (низкого напряжения), а поверх нее – первичную (высокого напряжения). Характе- ристики сварки от этого не ухудшатся, зато удастся избежать некоторых проблем. Дело в том, что количество витков вторичной обмотки может быть весьма приблизительным, ориенти- рованным на 40–60 В. Подбирать же, подстраивая сварочный трансформатор под нужную мощность, приходится витки первичной обмотки. Рассчитав и уложив сначала обмотку низ- кого напряжения, ориентируясь примерно на 50 В, потом можно будет всегда снять или доба- вить определенное количество витков с верхней, первичной, обмотки уже готового транс- форматора. В отслуживших свой век агрегатах и оборудовании можно встретить довольно мощ- ные и крупные трансформаторы. Для стационарных трансформаторов никогда не исполь- зуют предельные возможности ни железа, ни обмоточных проводов – всё делается с запасом. Провода часто имеют значительные сечения, так как рассчитаны на плотность тока в 3–4 раза меньше, чем допустимо для сварки. Очень часто большие трансформаторы имеют много вторичных обмоток, рассчитанных на разные напряжения и мощности. Первичная обмотка в трансформаторе всегда одна, и ее провод рассчитан на полную мощность всех вторичных цепей. В этом случае можно оставить первичную обмотку полностью или частично отмо- тать, а все вторичные снять, намотав на их место одну толстым проводом. Если же непри- Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 152 годна и первичная обмотка, но сам магнитопровод подходит для изготовления сварочного трансформатора, тогда придется мотать все обмотки с нуля. В оборудовании чаще используются невысокие напряжения – 12; 27 В. Поэтому мощ- ные, намотанные толстым проводом трансформаторы могут иметь выход 2 × 12 В, 27 В и др., что явно недостаточно для зажигания дуги при сварке. Но если имеется два таких транс- форматора, их можно объединить, не переделывая, в один сварочный. Для этого первичные обмотки включают параллельно, а вторичные соединяют последовательно, после чего их напряжения суммируют. Может оказаться, что такая объединенная сварочная система будет обладать плохой, близкой к жесткой, характеристикой. Для исправления характеристики необходимо вклю- чить в цепь вторичной обмотки, последовательно с дугой, балластное сопротивление – отрезок нихромовой или другой высокоомной проволоки. Обладая сопротивлением порядка сотых долей ома, она несколько уменьшит мощность трансформатора, зато это позволит работать в ручном режиме. В ряде случаев из готовых трансформаторов СТ получается практически без пере- делки. Мощные трансформаторы подходящего типа обычно применяют в местах с повы- шенной пожароопасностью, влажностью и т. п. для создания сетей с напряжением 36 или 40 В. Такие трансформаторы могут иметь разную мощность, подключаться к 220 или 380 В по одно– или трехфазной схеме. Провод и железо магнитопровода таких трансформаторов подбирают по мощности из расчета работы в длительном режиме (плотность тока 2–4 А/ мм 2 ), поэтому имеют значительные сечения. В режиме дуговой сварки такой трансформа- тор способен развивать мощность в несколько раз выше номинальной, а его провод безбо- язненно переносит кратковременные перегрузки тока. Если вы имеете дело с мощным однофазным трансформатором, у которого клеммы для включения на 220/380 В и выход 36, а возможно, и 12 В, то проблем с его подключением не будет. Не исключено, что придется домотать несколько витков вторичной обмотки для повы- шения выходного напряжения. Для сварки подходят трансформаторы с диаметром провода первичной обмотки около 2 мм, имеющие площадь магнитопровода, как правило, до 60 см 2 Существуют трансформаторы на напряжение 36 В, предназначенные для включения в трехфазную сеть 380 В. Например, отлично работают в качестве сварочного понижающие трехфазные осветительные трансформаторы 380/36 В мощностью от 1,5 до 2,5 кВт типа ИВ-8, ИВ-10, С-Б22. Для переоборудования хорошо подходят трансформаторы с мощностью 2,5 кВА. Другие – 1,25 или 1,5 кВА – тоже можно использовать в качестве сварочного транс- форматора, но только в кратковременном режиме, так как их обмотки при значительных для них перегрузках быстро перегреваются. Трансформаторы данного типа часто встроены в металлический корпус с ручками и откидной крышкой, что очень удобно для переоборудо- вания их в сварочные аппараты. Процесс преобразования таких трансформаторов в свароч- ный несложен, поскольку не требуется ни переделка, ни перемотка катушек и т. п. При срав- нительно малом весе и небольшой мощности железа благодаря взаимоиндукции первичных и вторичных обмоток трансформатор способен выдавать довольно большие токи. Для питания трехфазных трансформаторов от однофазной сети 220 В их обмотки необ- ходимо соединить между собой определенным образом. Тогда при нормальном напряжении в сети мощности трансформатора будет достаточно для работы электродом ∅4 мм. Обычно такие трансформаторы изготовлены на трехплечевом Ш-образном магнито- проводе с сечением одного плеча не менее 25 см 2 (рис. 54, а). На каждом плече намотано по две обмотки – внутри первичная и поверх нее вторичная. Для начала необходимо разобрать соединения всех шести обмоток и найти начала и концы каждой из них. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 153 В одном из вариантов подключения катушки среднего плеча не понадобятся вообще – работать будут только обмотки на крайних плечах. Две первичные обмотки с крайних плеч нужно соединить между собой параллельно. Рис. 54. Схемы подключения обмоток осветительного трансформатора 220–380/36 В мощностью 3,5 (2,5) кВт для проведения сварочных работ: а – расположение катушек на магнитопроводе; б – вариант с двумя рабочими обмот- ками; в – вариант со всеми рабочими обмотками. Пунктиром со стрелками показаны маг- нитные потоки в железе (для первичных обмоток) и магнитные потоки взаимоиндукции (для вторичных обмоток) Ввиду того что магнитный поток должен циркулировать в магнитопроводе в одном направлении – по замкнутому кругу, катушки на противоположных плечах должны созда- вать потоки в противоположные стороны относительно, скажем, оси центрального плеча – одна вверх, другая вниз. Так как катушки намотаны одинаково, то токи в них должны течь в противоположных направлениях. Значит, при параллельном соединении начало 1-й нужно соединить с концом 2-й, конец 1-й – с началом 2-й. Вторичные обмотки соединяются после- довательно, соединяясь между собой концами либо началами (рис. 54, б). Если обмотки под- ключены правильно, то выходное напряжение холостого хода должно ненамного превышать 50 В. Можно задействовать и все три катушки. Схема такого подключения приведена на рис. 54, в. Три вторичные обмотки включают последовательно. Подключение двух катушек первичной обмотки такое же, как и в предыдущей схеме. В таком режиме СТ будет рабо- тать с электродом ∅3 мм, не перегреваясь, очень долго, а дуга на электроде будет исключи- Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 154 тельно устойчива. Если же замкнуть пакетный переключатель SA1, в цепь включается тре- тья катушка, и можно использовать электроды ∅4 мм. При работе от обычной розетки 220 В ток, потребляемый СТ с таким подключением, не превышает 20 А. Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 155 Регулирование переменного сварочного тока Большинство промышленных схем регулирования мощности слишком сложны для полноценной реализации на самодельных СТ, да и вряд ли оправданно их использование для бытовых нужд. Рассмотрим упрощенные, реально используемые в самодельном испол- нении способы регулирования тока СТ. Как упоминалось выше, можно регулировать ток СТ, переключая промежуточные отводы обмоток (см. рис. 38). Однако такой способ подходит больше для подстройки тока, нежели для его регулировки в широких пределах. Ведь, чтобы уменьшить ток в 2–3 раза, придется слишком увеличивать количество витков первичной обмотки, что неизбежно при- ведет к падению напряжения во вторичной цепи. Самое широкое распространение получил очень простой и надежный способ регули- ровки тока с помощью включенного на выходе вторичной обмотки балластного сопротивле- ния. Его сопротивление составляет порядка сотых или десятых долей ома, и подбирается оно экспериментально. Издавна с этой целью используют мощные проволочные сопротивления, применявшиеся в подъемных кранах и троллейбусах, а также отрезки спиралей ТЭНов или куски толстой высокоомной проволоки. Несколько уменьшить ток можно даже с помощью растянутой дверной пружины из стали. Балластное сопротивление можно включать ста- ционарно (рис. 55, а) или так, чтобы потом можно было относительно легко выбрать нужный ток. Большинство проволочных резисторов высокой мощности изготовлены в виде откры- той спирали, установленной на керамический каркас длиной до полуметра. Как правило, в спираль смотана и проволока от ТЭНов. Один конец такого сопротивления подключают к выходу СТ, а конец провода «массы» или держателя электродов оборудуют съемным зажи- мом, который легко перебросить по длине спирали сопротивления, выбирая нужный ток (рис. 55, б). К недостаткам такого способа регулировки надо отнести громоздкость сопро- тивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении. Зато балластные сопротивления, пусть даже и грубой и примитивной конструкции, улучшают динамическую характеристику СТ, сдвигая ее в сторону крутопадающей. И всё же регулировка тока во вторичной цепи СТ связана с определенными пробле- мами. Через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его гро- моздкости. Кроме того, для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощ- ные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200 А. Другое дело цепь первичной обмотки, где токи в пять раз меньше, переключатели для которых являются шир- потребом. Последовательно с первичной обмоткой можно включать активные и реактивные сопротивления. Только в этом случае сопротивления резисторов и индуктивности дроссе- лей должны быть значительно большими, чем в цепи вторичной обмотки. Так, батарея из нескольких параллельно соединенных резисторов ПЭВ-50-100 суммарным сопротивлением 6–8 Ом способна понизить выходной ток 100 А вдвое. Можно собрать несколько батарей и установить переключатель. Если же нет в распоряжении мощного переключателя, то можно обойтись несколькими. Установив резисторы по схеме, приведенной на рис. 55, в, можно добиться комбинации 0; 4; 6; 10 Ом. Вместо резисторов, которые при работе будут сильно нагреваться, можно установить реактивное сопротивление – дроссель, который можно намотать на каркасе от трансфор- матора 200–300 Вт, например от телевизора, сделав отводы через каждые 40–60 витков, подключенные к переключателю (рис. 55, г). Погасить мощность можно, включив в каче- стве дросселя вторичную обмотку такого трансформатора, рассчитанную примерно на 40 В. Дроссель можно изготовить и на незамкнутом – прямом – сердечнике. Это удобно, когда уже есть готовая катушка с 200–400 витками подходящего провода. Тогда внутрь ее надо набить Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 156 пакет прямых пластин из трансформаторного железа. Необходимое реактивное сопротив- ление подбирают в зависимости от толщины пакета, ориентируясь по сварочному току СТ. Например, дроссель, изготовленный из катушки, содержащей около 400 витков провода диа- метром 1,4 мм, набит пакетом железа с общим сечением 4,5 см 2 и длиной, равной длине катушки (14 см). Это позволит уменьшить ток СТ примерно в 2 раза. Дроссель такого типа можно сделать и с плавно регулируемым реактивным сопротив- лением. Надо изготовить конструкцию для регулировки глубины ввода стержня сердечника в полость катушки (рис. 55, д). Катушка без сердечника обладает ничтожным сопротивле- нием, а при полностью введенном стержне ее сопротивление максимально. Рис. 55. Регулировка тока СТ: а – нерегулируемым балластным сопротивлением; б – регулируемым балластным сопротивлением; в – магазином сопротивлений; г – переключаемым дросселем; д – регули- руемым дросселем (1 – катушка; 2 – сердечник; 3 – фиксатор) Следует отметить, что дроссель, намотанный подходящим проводом, мало греется, но у него сильно вибрирует сердечник. Это надо учитывать при стяжке и фиксации набора пла- стин железа. Кроме того, у трансформаторов с небольшими токами холостого хода (0,1–0,2 А) вышеописанные сопротивления в цепи первичной обмотки СТ практически не влияют на их выходное напряжение холостого хода, и это не сказывается на процессе зажигания дуги. Но у СТ с током холостого хода 1–2 А при внесении в первичную цепь балластного сопротивления выходное напряжение уменьшается уже ощутимо. Каких-либо выраженных отрицательных влияний на зажигание и горение дуги добав- ленные последовательно первичной обмотке активные и реактивные сопротивления не ока- зывают. Однако качество дуги, по сравнению с включением гасящего резистора в цепь вто- Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 157 ричной обмотки, все же ухудшается. Впрочем, вполне допустимо комбинировать регуляторы или ограничители тока разных типов. Простой электронный регулятор сварочного тока Принципиальная электрическая схема этого несложного устройства приведена на рис. 56. Основные его элементы – тиристоры VS1 и VS2 – включены встречно-параллельно друг другу. Они открываются поочередно импульсами тока, формируемыми транзисторами VT1 и VT2. При включении регулятора в сеть оба тиристора закрыты, конденсаторы С1 и С2 начи- нают заряжаться через переменный резистор R7. Как только напряжение на одном из кон- денсаторов достигает величины лавинного пробоя транзистора, последний открывается и через него идет ток разряда соединенного с ним конденсатора. Это приводит к открытию соответствующего тиристора, который подключает сварочный аппарат к сети. После начала следующего, противоположного по знаку полупериода переменного тока тиристор закрыва- ется и начинается новый цикл зарядки конденсаторов, но уже в обратной полярности. Теперь открывается второй транзистор, и второй тиристор снова подключает сварочный аппарат к сети. Изменением сопротивления переменного резистора R7 можно регулировать момент включения тиристоров в течение полупериода, что приведет к изменению сварочного тока. Регулятор собирают на тиристорах, рассчитанных на прямой ток более 40 А и напря- жение не менее 400 В, типа Т131-40-4, Т132-50-4, Т141-63-4 и др. Транзисторы VT1 и VT2 – маломощные, высокочастотные типа П416, П422—П423, ГТ 308, ГТ320, ГТ338. Конден- саторы – типа МБМ, К73 или другие аналогичные на напряжение не менее 40 В. Резисторы – типа МЛТ-0,5. Переменный резистор R7 ввиду гальванической связи сети с элементами регулятора должен быть с пластмассовой осью. Правильно собранный регулятор практиче- ски не требует налаживания. Для увеличения пределов и плавности регулирования свароч- ного тока значение переменного резистора рекомендуется установить опытным путем. Рис. 56. Схема простого блока регулировки сварочного тока Схему собирают в отдельном корпусе из изоляционного материала с вентиляционными отверстиями и включают в разрыв жилы сетевого провода СТ. Необходимо помнить, что форма сварочного тока в устройствах с тиристорным регу- лированием отличается от синусоидальной и действующее значение тока, характеризующее Ю. Ф. Подольский. «Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка» 158 тепловые потери в обмотках, регулирующем тиристоре, больше среднего значения свароч- ного тока. В общем случае это приводит к необходимости увеличивать сечение проводов обмоток трансформаторов, применять более мощные тиристоры и устанавливать их на ради- аторы большей площади. Если же применять устройство с уже имеющимся трансформато- ром с недостаточным сечением проводов обмоток, необходимо строго выдерживать режим работы – повторно-кратковременный, особенно при работе на больших сварочных токах. Особенно быстро происходит нагрев в режиме резки металла, поэтому и «отдыхать» аппа- рат в этом случае должен чаще и дольше. Дополнительно увеличить продолжительность включения трансформатора можно, установив на его корпусе вентилятор принудительного охлаждения. Недостатком данного регулятора является то, что зажигание сварочной дуги на малых токах требует на начальном этапе определенной сноровки. Однако этот недостаток не про- является при работе на средних и больших токах. Поэтому можно рекомендовать зажигать дугу на больших или средних токах и, не прерывая ее горения, регулятором уменьшать сва- рочный ток до необходимого. |