Схема сварочного аппарата переменного тока

Основные типы сварочных аппаратов

Скрепление деталей сваркой и пайкой основано на одном принципе: заливке соединяемых элементов расплавленными металлами. Только при пайке используют легкоплавкие свинцово-оловянные припои, а при сварке — те же металлы, из которых сделаны свариваемые конструкции.

Физические законы, действующие при сварке

Чтобы перевести металл из обычного твердого состояния в жидкую стадию, его необходимо разогреть до очень высокой температуры, большей значения его плавления. Электрические сварочные аппараты работают по принципу выделения тепла в проводнике при прохождении по нему электрического тока.

Это явление в первой половине XIX века одновременно описали два физика: англичанин Джеймс Джоуль и россиянин Эмиль Ленц. Они доказали, что величина выделяемой теплоты в проводнике прямо пропорциональна:

1. произведению квадрата проходящего тока;

2. электрическому сопротивлению цепи;

3. времени воздействия.

Чтобы создать количество теплоты, способное расплавить металлические детали током необходимо влиять на нее одним из этих трех критериев (I, R, t).

Во всех сварочных аппаратах используется регулирование дуги за счет изменения величины протекающего тока. Остальные два параметра отнесены в разряд дополнительных.

Виды тока для сварочных аппаратов

В идеальном случае для равномерного прогрева деталей и места шва лучше всего подходит постоянный по времени электрический ток, который могут создать такие источники, как аккумуляторные или химические батареи либо специальные генераторы.

Однако, схема, которая показана на картинке, никогда не используется на практике. Она приведена для показа стабильного по величине тока, способного зажечь ровную, идеальную дугу.

Электрические сварочные аппараты работают от переменного тока промышленной частоты 50 герц. При этом все они создаются для длительной, безопасной работы сварщика, что требует установки минимальной разности потенциалов между свариваемыми деталями.

Однако, для надежного зажигания дуги требуется поддерживать уровень напряжения в 60÷70 вольт. Эта величина взята за исходную для рабочей цепи, в то время, как на вход сварочного аппарата подается 220 либо 380 В.

Переменный ток для сварки

Для понижения подводимого напряжения электроустановки до рабочего значения сварки используются мощные понижающие трансформаторы с возможностью регулирования величины тока. Они на выходе создают такую же по форме синусоиду, как и в питающей сети. А амплитуда гармоники для горения дуги создается значительно большей.

Конструкции сварочных трансформаторов должны отвечать двум условиям:

1. ограничению токов коротких замыканий во вторичной цепи, которые по условиям работы происходят довольно часто;

2. устойчивому горению зажженной дуги, необходимой для работы.

С этой целью их создают с внешней вольтамперной характеристикой (ВАХ), обладающей резкой крутизной падения. Делается это за счет увеличенного рассеивания электромагнитной энергии либо включением в схему дросселя — катушки с индуктивным сопротивлением.

В старых конструкциях сварочных трансформаторов для выставления тока сварки использовался метод переключения числа витков в первичной или вторичной обмотке. Этот трудоемкий затратный способ изжил себя и в современных аппаратах он не применяется.

Первоначально трансформатор настроен на выдачу максимальной мощности, которая указана в технической документации и на табличке корпуса. Затем для выставления рабочего тока дуги она снижается одним из следующих способов:

подключением индуктивного сопротивления во вторичную цепь. При этом увеличивается крутизна ВАХ и уменьшается амплитуда сварочного тока, как показано на картинке выше;

изменением состояния магнитопровода;

Способы регулирования сварочного тока вводом индуктивного сопротивления во вторичную цепь

Сварочные трансформаторы, работающие по этому принципу, бывают двух видов:

1. с плавной системой регулирования тока за счет постепенного изменения воздушного зазора внутри магнитотпровода индуктивности;

2. со ступенчатым переключением числа витков обмотки.

При первом способе магнитопровод индуктивности делается из двух частей: стационарной и подвижной, которая сдвигается от вращения рукоятки управления.

При максимальном воздушном зазоре создается наибольшее магнитное сопротивление для электромагнитного потока и наименьшее индуктивное сопротивление, которое обеспечивает максимальное значение тока сварки.

Полное же приближение подвижной части магнитопровода к неподвижной снижает сварочный ток до минимально возможной величины.

Ступенчатое регулирование основано на использовании передвигающегося контакта для поэтапной коммутации определенного числа витков обмотки.

У этих индуктивностей магнитопровод делают целым, неразъемным, что немного упрощает общую конструкцию.

Способ регулирования тока на основе изменения геометрии магнитопровода сварочного трансформатора

Этот технический прием выполняется одним из методов:

1. перемещением секции из подвижных катушек на различное удаление от стационарно установленных обмоток;

2. регулированием положения магнитного шунта внутри магнитопровода.

В первом случае сварочный трансформатор создается с повышенным рассеиванием индуктивности за счет возможности изменения расстояния между стационарно закрепленными в районе нижнего ярма катушками первичной цепи и подвижной вторичной обмоткой.

Она перемещается за счет ручного вращения рукоятки регулировочного вала, работающего по принципу ходового винта с гайкой. При этом положение силовой обмотки переносится простой кинематической схемой на механический указатель, который проградуирован в делениях сварочного тока. Его точность составляет порядка 7,5%. Для более качественных замеров во вторичную цепь встраивают трансформатор тока с амперметром.

При минимальном расстоянии между катушками создается наибольшая величина сварочного тока. Для его уменьшения необходимо отодвигать подвижную обмотку.

Подобные конструкции сварочных трансформаторов создают при работе большие радиопомехи. Поэтому в их электрическую схему включают емкостные фильтры, снижающие электромагнитные шумы.

Способ включения подвижного магнитного шунта

Один из вариантов исполнения магнитопровода такого трансформатора показан на картинке ниже.

Принцип его работы основан на шунтировании определенной части магнитного потока в сердечнике за счет включения регулировочного органа с ходовым винтом.

Сварочные трансформаторы, управляемые по описанным способам, выполняются с магнитопроводами из листов электротехнической стали и обмотками из медных или алюминиевых проводов с термостойкой изоляцией. Однако, с целью длительной работы они создаются с возможностью хорошего воздухообмена для отвода выделяемой теплоты в окружающую атмосферу, поэтому обладают большим весом и габаритами.

Во всех рассмотренных случаях сварочный ток, протекающий через электрод, имеет знакопеременную величину, снижающую равномерность и качество дуги.

Выпрямленный ток для сварки

Если после вторичной обмотки сварочного трансформатора подключить два встречно соединенных тиристора или один симистор, через управляющие электроды которых схемой управления регулировать фазу открытия каждого полупериода гармоники, то появляется возможность снижать максимальный ток силовой цепи до величины, необходимой для конкретных условий сварки.

Каждый тиристор пропускает только положительную полуволну тока от анода к катоду и блокирует прохождение его отрицательной половины. Встречное включение позволяет управлять обеими полуволнами.

Регулировочным органом в схеме управления задается промежуток времени t1, в течение которого тиристор еще закрыт и не пропускает свою полуволну. При подаче тока внутрь цепи управляющего электрода в момент времени t2 тиристор открывается и через него проходит часть положительной полуволны, помеченная знаком «+».

Когда синусоида переходит через нулевое значение, тиристор закрывается, он не будет пропускать через себя ток до тех пор, пока к его аноду не подойдет положительная полуволна и схема управления фазосдвигающим блоком не даст команду на управляющий электрод.

В момент времени t3 и T4 работает встречно включенный тиристор по уже описанному алгоритму. Таким образом, у сварочного трансформатора с помощью тиристорной схемы срезается часть энергии тока в периоды времени t1 и t3 (создается бестоковая пауза), а для сварки используются токи, протекающие в промежутки t2 и t4.

Также эти полупроводники можно устанавливать в первичную цепь, а не силовую. Это позволяет использовать тиристоры меньшей мощности. Но в этом случае трансформатор будет преобразовывать обрезанные части полуволн синусоиды, помеченные знаками «+» и «-».

Наличие бестоковой паузы в периоды отсечки части гармоник тока является недостатком схемы, влияющим на качество горения дуги. Однако использование специальных электродов и некоторые другие меры позволяют успешно использовать тиристорную схему для сварки, которая нашла довольно широкое применение в конструкциях, называемых сварочными выпрямителями.

У маломощных однофазных сварочных выпрямителей встречается схема подключения моста , собранного из четырех диодов.

Она создает форму выпрямленного тока, который имеет вид непрерывно чередующихся положительных полуволн. У этой схемы сварочный ток не изменяет свое направление, а только колеблется по величине, создавая пульсации. Эта форма лучше поддерживает сварочную дугу, чем тиристорная.

В таких устройствах могут быть дополнительные обмотки, подключаемые к рабочим катушкам трансформатора для регулирования тока. Его величину определяют по амперметру, подключенному к выпрямленной цепи через шунт или синусоидальной — через трансформатор тока.

Мостовая схема Ларионова

Она предназначена для трехфазных систем и хорошо работает у сварочных выпрямителей.

Включение диодов по схеме этого моста позволяет складывать на нагрузке вектора напряжений таким образом, что они создают итоговое напряжение U вып, которое характеризуется небольшими пульсациями и по закону Ома формирует на сварочном электроде ток дуги аналогичной формы. Он значительно приближен к идеальному виду постоянного тока.

Особенности использования сварочных выпрямителей

Выпрямленный ток в большинстве случаев позволяет:

надежнее зажигать дугу;

обеспечивает ее устойчивое горение;

создавать меньшее количество брызг расплавленных металлов, чем у сварочных трансформаторов.

Это расширяет возможности сварки, позволяет надежно соединять нержавеющие стальные сплавы и цветные металлы.

Инверторный ток для сварки

Сварочными инверторами называют устройства, которые осуществляют поэтапное преобразование электричества по следующему алгоритму:

1. промышленная электроэнергия 220 или 380 вольт видоизменяется выпрямителем;

2. возникающие технологические шумы сглаживаются встроенными фильтрами;

3. стабилизированная энергия инвертируется в ток высокой частоты (от 10 до 100 кГц);

4. высокочастотный трансформатор снижает напряжение до величины, необходимой для устойчивого зажигания дуги электрода (60 V);

5. высокочастотный выпрямитель преобразовывает электроэнергию в постоянный ток для сварки.

Каждый из пяти этапов работы инвертора происходит под автоматическим управлением специального транзисторного модуля серии IGBT в режиме обратной связи. Система управления, построенная на этом модуле, относится к самому сложному и дорогому элементу сварочного инвертора.

Форма выпрямленного тока, созданного для дуги инвертором, практически близка к идеальной прямой линии. Она позволяет выполнять многочисленные виды сварок различных металлов.

Благодаря микропроцессорному управлению технологических процессов, происходящих внутри инвертора, работа сварщика значительно облегчается введением аппаратных функций:

горячего старта (режим Hot Start) за счет автоматического возрастания тока при начале сварки для облегчения запуска дуги;

анти-залипания (режим Anti Stick), когда при касании электродом свариваемых деталей величина сварочного тока снижается до значений, не вызывающих расплавление металла электрода и его прилипание;

форсирования дуги (режим Arc Force) при отделении больших капель расплавленного металла от электрода, когда сокращается длина дуги и появляется возможность его залипания.

Эти функции позволяют даже новичкам качественно выполнять сварные швы. Сварочные инверторные аппараты надежно работают при больших колебаниях входного напряжения сети.

Инверторные аппараты требуют бережного обращения и защиты от пыли, которая в случае оседания на электронных компонентах может нарушить их работу, привести к ухудшению теплосъема и перегреву конструкции.

При отрицательных температурах на платах модулей возможно появление конденсата. Он станет причиной поломок и неисправностей. Поэтому инверторы хранят в обогреваемых помещениях и не работают с ними при морозе или атмосферных осадках.

Сборка сварочного аппарата постоянного тока своими руками

Как считают специалисты, [изготовление сварочного аппарата] постоянного и переменного тока своими руками не отнимет много времени и сил.

Главное условие его создания – четкое представление о том, какие именно сварочные работы оно должно выполнять и инструкция.

Особенности работы аппарата

Чтобы проводить сварку, необходимо устройство, которое работает от переменного и постоянного тока.

Аппаратом тока сваривают тонкие металлические листы. Этот метод сваривания не требует применения определенного вида электрода, а электродная проволока может быть и без керамической обмазки.

Схема сварочного аппарата состоит из 5 частей. Цепочка тока проходит через сварочный аппарат, сначала попадая в трансформатор.

Оттуда ток поступает в выпрямитель, диоды которого преобразуют переменный ток в постоянный, и дроссель. Последние элементы протекания тока – держак и электрод.

Присоединение держака электрода к выпрямителю осуществляется с помощью дросселя. Так сглаживается пульс напряжения.

Дроссель – это катушка с проводами из меди, наматываемая на сердечник. А выпрямитель – это деталь аппарата, соединенная с трансформатором через вторичную обмотку.

К сети подключается трансформатор — главная деталь аппарата. Его можно либо специально приобрести, либо воспользоваться ранее уже эксплуатируемым, но годным трансформатором.

Он по закону Ома преобразовывает напряжение переменного тока.

Так показатель напряжения, вырабатываемого на вторичной обмотке, понижается, но при этом в 10 раз увеличивается сила тока. Сваривание происходит при силе тока в 40 ампер.

Электрическая цепь замыкается в тот момент, как появляется дуга между электродом и свариваемыми кусками металла.

Дуга должна гореть стабильно, тогда сварной шов будет выполнен качественно. В установлении нужного характера горения поможет регулятор мощности электрической энергии.

Самая элементарная схема агрегата

Лучше, если электрическая схема агрегата будет самой элементарной.

Простой в сборке аппарат, собранный своими руками, надо подключать к сети с напряжением переменного тока в 220 Вольт.

Напряжение 380 Вольт требует более сложной конструкции сварочного аппарата.

Самая простая схема – это схема для импульсного способа сварки, который придуман радиолюбителями. Такая сварка применяется, чтобы прикрепить провода к плате из металла.

Чтобы соорудить данное приспособление своими руками, не нужно делать ничего сложного, потребуется только пара проводов и дроссель. Дроссель можно вынуть из люминесцентной лампы.

Регулятор силы тока вполне можно заменить плавкой вставкой. Проводами лучше запастись в большом количестве.

Чтобы подключить электрод к плате, берется дроссель. Электродом может послужить зажим типа «крокодил». Готовый агрегат нужно подсоединить к сети, воткнув в розетку вилку.

Зажимом, связанным с проводом, нужно быстро коснуться свариваемого участка на плате.

Так появляется сварочная дуга. Во время ее возникновения существует опасность, что сгорят предохранители, расположенные в электрощите.

От этой опасности предохранители оберегает плавкая вставка, сгорающая быстрее.

В итоге провод остается по-прежнему приваренным к своему месту.

Такое устройство постоянного тока – это и есть самый простой сварочный аппарат. С держаком электрода он соединяется проводами.

Но работать с ним представляется возможным только в домашних условиях, так как данная схема лишена важных деталей – выпрямителя и регулятора тока.

Комплектация агрегата для сварки

В сравнении с традиционными аппаратами трехфазный агрегат инверторного типа компактен, удобен в применении, надежен. Только один нюанс заставляет задуматься во время покупки – немаленькая цена.

Даже поверхностные подсчеты подсказывают, что смастерить сварочный аппарат своими руками выйдет дешевле.

Если подойти к выбору нужных элементов со всей серьезностью, то самодельный инструмент для сварки прослужит длительный период времени.

Вообще схема сварочного аппарата состоит из трех блоков: блока выпрямителя, блока питания и блока инвертора.

Самодельный аппарат постоянного и переменного тока можно укомплектовать так, что он может быть легким на вес и иметь небольшой размер.

Самодельный сварочный аппарат легко сооружают своими руками, пользуясь доступными всем предметами.

Все нужные для создания сварочного агрегата детали есть в электрической технике или в приборах, где некоторые элементы отказали в работе.

Можно соорудить простой регулятор тока из части нагревательной спирали, используемой в электрической плите.

Если какие-то необходимые детали вообще не получилось найти, то ничего страшного – их можно сделать своими руками.

Кусок медной проволоки может послужить материалом для создания такого важного элемента сварочного агрегата постоянного и переменного тока, как дроссель.

Конкретно для его сборки понадобится магнитопровод, который имеет старый пускатель. Еще нужны 2-3 провода из меди с сечением 0,9 — и вы сможете получить дроссель.

Трансформатором для агрегата сварки может стать автотрансформатор или та же деталь, изъятая из старой микроволновой печи.

Доставая из нее необходимый элемент, нужно быть аккуратнее, чтобы не испортить первичную обмотку.

А вторичную так и так придется переделать, количество новых витков зависит от того, какой мощности конструируется агрегат.

Выпрямитель собирают на плате, выполненной либо из гетинакса, либо из текстолита.

Диоды для выпрямителя должны соответствовать выбранной мощности агрегата. Чтобы они охлаждались, используют радиатор из сплава алюминия.

Последовательная сборка всех деталей

Все элементы агрегата для сварки должны располагаться на базе из металла или текстолита строго на своих местах.

По правилам выпрямитель граничит с трансформатором, а дроссель находится на одной плате с выпрямителем.

Регулятор силы тока устанавливают на панель управления. Сам каркас для конструкции агрегата создается из листов алюминия, для этого подойдет и сталь.

Также можно воспользоваться уже готовым корпусом, который до этого защищал содержимое системного блока компьютера или осциллографа. Главное, он должен быть прочным и твердым.

На большом расстоянии от трансформатора размещают плату с тиристорами. Так же не близко к трансформатору устанавливают выпрямитель.

Причина такого расположения – сильное нагревание трансформатора и дросселя.

Тепло от дросселя отводят тиристоры, устанавливаемые на радиаторах из алюминия. Они сводят на нет даже тепловые волны, исходящие от проводов.

К наружной панели прикрепляют держак электрода, а к задней – провод с вилкой для подключения агрегата к бытовой сети.

Как собрать своими руками агрегат для сварки, демонстрирует видео в нашей статье.

Ни в коем случае нельзя фиксировать элементы агрегата вплотную друг к другу, так они должны подвергаться обдуву.

На сторонах каркаса необходимо проделать дырочки, откуда будет поступать воздух. Это нужно и для установки системы охлаждения.

Если агрегат для сварки постоянно находится на одном и том же месте, то с ним вряд ли что-то случится.

Долгое время сможет работать регулятор тока, если точнее, его ручка, зафиксированная на наружной стенке.

Но переносные мини инверторы, которые берут на выездные работы, могут подвергаться механическим ударам. В основном, от этого страдает корпус изделия, но существует риск отпадения дросселя.

Изделие собрано – пора проверить, как оно функционирует. При тестировании работы агрегата для сварки нельзя пользоваться временными проводами.

Проверять изделие нужно уже со штатными контактными кабелями.

Во время самого первого подключения к сети смотрят на регулятор силы тока. Важно проследить, не осталось ли незафиксированных деталей.

Если агрегат исправен и лишен дефектов, то можно приступать к сварке на различных режимах.

Делаем сварочные аппараты своими руками

Сварочные работы в домашних условиях давно стали обычным делом. Доступность аппаратов и расходных материалов, возможность недорого обучиться на курсах сварщиков, различные методички для получения самостоятельных навыков. Все эти факторы дают возможность сэкономить на оплате труда профессионального сварщика, и повысить оперативность работ.

Однако, если внимательно изучить рынок сварочных аппаратов, выясняются неприятные моменты:

• Качественные сварочники имеют высокую стоимость, выгоднее несколько раз нанять специалиста (если, конечно, вы не занимаетесь этими работами постоянно).
• Доступные по цене агрегаты имеют ряд недостатков: низкая надежность, плохое качество шва, зависимость от питающего напряжения и типа расходников.

Отсюда вывод: если необходимо высокое качество оборудования по доступной цене, придется сделать сварочный аппарат из доступных материалов своими руками.

Прежде чем рассматривать варианты самодельных сварочников, разберем принцип их работы

В основе работы любого агрегата лежит закон Ома. При неизменной мощности, имеется обратная зависимость между током и напряжением. Для нормальной работы требуется сила тока 60–150 А. Только в этом случае металл в зоне сварки будет плавиться. Представим себе сварочный аппарат, который работает напрямую с напряжением 220 вольт. Для достижения требуемой силы тока, потребуется мощность 15–30 кВт. Во-первых, для этого надо будет прокладывать отдельную линию энергоснабжения: большинство вводов в жилые помещения ограничены техническими условиями на уровне 5–10 кВт. Кроме того, для такой силы тока потребуется проводка сечением не менее 30 мм². Варить придется с соблюдением мер защиты при работе в электроустановках до 1000 вольт: резиновые боты, перчатки, ограждение рабочего места, и прочее.

Разумеется, обеспечить такие условия в реальности невозможно.

Поэтому любой сварочный аппарат преобразует напряжение (в сторону понижения): на выходе получаем искомый ток при сохранении разумной мощности.

Оптимальное значение напряжения — 60 вольт. При сварочном токе 100 А, это вполне приемлемые 6 кВт мощности. Как преобразовать напряжение?

Существуют четыре основных типа сварочных аппаратов

1. Трансформатор. Устройство работает на переменном токе. Основной узел ничем не отличается обычного блока питания: на входе 220 вольт, на выходе требуемые 60 вольт. За счет возможности механического перемещения вторичной обмотки по сердечнику, меняется значение рабочего тока.Преимущества: простота и дешевизна конструкции, ремонтопригодность.Недостатки: большие размер и вес, переменный ток приводит к нестабильному формированию сварочного шва, для работы требуется высокая квалификация специалиста.
2. Выпрямитель. По сути, это тот же трансформатор, только с диодным (тиристорным) выпрямителем в цепи вторичной обмотки.После преобразования напряжения на трансформаторе (с традиционным механическим регулятором силы тока), вторичное переменное напряжение выпрямляется одним из способов. В примитивных (недорогих) конструкциях применяется диодный мост. Более продвинутые схемы работают на тиристорной схеме, с возможностью регулировки параметров.Преимущества: стабильные параметры сварки, возможность работать с различными металлами, не требуется высокая квалификация мастера.Недостатки: более высокая стоимость, сложность в ремонте и обслуживании.Некоторые мастера переделывают простейший трансформаторный сварочник в аппарат постоянного тока. Для этого необходимо лишь собрать мощный выпрямитель, и подключить его к выходу вторичной обмотки. Для этого потребуются мощные диоды (собираем мост) и радиаторы для рассеивания тепла.

Общий недостаток рассмотренных схем — зависимость выходных параметров от качества электросети. Если есть просады напряжения (при сварке — это нормальное явление), меняются характеристики выходных напряжения и тока. За счет этого страдает качество сварочного шва. Поэтому ручная регулировка силы тока (перемещением обмоток) обязательна.

Любой из перечисленных аппаратов можно собрать самостоятельно. Проведем обзор технологий изготовления по моделям:

Трансформаторы (с выпрямителем или без него)

Сердце трансформатора — сердечник. Он набирается из пластин трансформаторной стали, изготовить которые вручную довольно проблематично. Правдами и неправдами исходный материал добывается на заводах, в строительных бригадах, на пунктах сбора металлолома. Полученная конструкция (как правило, в виде прямоугольника) должна иметь сечение не меньше, чем 55 см². Это довольно тяжелая конструкция, особенно после укладки обмоток.

При сборке обязательно надо предусмотреть регулировочный винт, с помощью которого можно двигать вторичную обмотку относительно неподвижной первички.

Чтобы не вдаваться в сложности расчетов сечения проводов, возьмем типовые параметры:

• сила тока на вторичке 100–150 А;
• напряжение холостого хода 60–65 вольт;
• рабочее напряжение при сварке 18–25 вольт;
• сила тока на первичной обмотке до 25 А.

Исходя из этого, сечение провода первички должно быть не менее 5 мм², если делать с запасом — можно взять провод 6–7 мм². Изоляция должна быть жаростойкой, из материала, не поддерживающего горение.

Вторичная обмотка набирается из провода (а лучше медной шины), сечением 30 мм². Изоляция тряпичная. Пусть толщина вас не пугает, количество витков на вторичке небольшое.

Количество витков первичной обмотки определяется по коэффициенту 0.9–1 виток на вольт (для наших параметров).

Формула выглядит так:

W(количество витков) = U(напряжение) / коэффициент.

То есть, при напряжении в сети 200–210 вольт, это будет порядка 230–250 витков.

Соответственно, при напряжении вторички 60–65 вольт, количество ее витков составит 67–70.

С технической точки зрения трансформатор готов. Для удобства использования рекомендуется выполнить небольшой запас по вторичной обмотке, с несколькими ответвлениями (на 65, 70, 80 витках). Это позволит уверенно работать в местах с пониженным напряжением сети.

Прятать агрегат в корпус, или оставлять открытым — это вопрос безопасности использования. Типовой изготовленный сварочный трансформатор своими руками выглядит так:

Оптимальный материал для корпуса — текстолит 10–15 мм.

Добавляем выпрямитель

Самодельный мощный сварочный трансформатор с точки зрения схемотехники — обычный блок питания. Соответственно выпрямитель устроен так же просто, как в сетевом заряднике для мобильного телефона. Только элементная база будет выглядеть на несколько порядков массивнее.

Как правило, в простую схему из диодного моста добавляют пару конденсаторов, гасящих импульсы выпрямленного тока.

Можно собрать выпрямитель и без них, но чем ровнее ток, тем качественней получается сварочный шов. Для сборки собственно моста применяются мощные диоды типа Д161–250(320). Поскольку при нагрузке на элементах выделяется много тепла, его нужно рассеивать с помощью радиаторов. Диоды крепятся к ним с помощью болтового соединения и термопасты.

Разумеется, ребра радиаторов должны либо обдуваться вентилятором, либо выступать над корпусом. Иначе вместо охлаждения они будут греть трансформатор.

Мини сварочный трансформатор

Если вам не нужно варить рельсы или швеллера из стали 4–5 мм, можно собрать компактный сварочник для спайки стальной проволоки (изготовление каркасов для самоделок) или сварки тонкой жести. Для этого можно взять готовый трансформатор от мощного бытового прибора (идеальный вариант — микроволновка), и перемотать вторичную обмотку. Сечение провода 15–20 мм², потребляемая мощность не более 2–3 кВт.

Расчет схемы производится также, как и для более мощных агрегатов. При сборке выпрямителя можно использовать менее мощные диоды.

Микросварочник

Если сфера применения ограничена спайкой медных проводов (например, при монтаже распределительных коробок), можно ограничиться конструкцией размером с пару спичечных коробков.

Выполняется на транзисторе КТ835 (837). Трансформатор изготавливается самостоятельно. Фактически — это высокочастотный повышающий преобразователь.

В отличие от традиционных сварочников, в данной схеме используется высокое напряжение, до 30 кВ. Поэтому при работе следует соблюдать осторожность.

Трансформатор мотаем на ферритовом стержне. Две первичные обмотки: коллекторная (20 витком 1 мм), базовая (5 витков 0.5 мм). Вторичная (повышающая) обмотка — 500 витков 0.15 проволоки.

Собираем схему, припаиваем по схеме резисторную обвязку (чтобы трансформатор не перегревался на холостом ходу), аппарат готов. Питание от 12 до 24 вольт, с помощью такого аппарата можно сваривать жгуты проводов, резать тонкую сталь, соединять металлы толщиной до 1 мм.

В качестве сварочных электродов можно использовать толстую швейную иглу.

Инвертор (импульсный блок питания для сварки)

Самодельный инверторный сварочный аппарат нельзя изготовить просто «на коленке». Для этого потребуется современная элементная база и опыт работы с ремонтом и созданием электронных устройств. Однако, не так страшна схема, как ее малюют. Подобных устройств сделано великое множество, и все они работают не хуже фабричных аналогов. К тому же, чтобы создать импульсный сварочный аппарат своими руками, не обязательно приобретать десятки дорогостоящих радиодеталей и готовых узлов. Большинство из них, особенно высокочастотные элементы для блока питания, можно позаимствовать у старых телевизоров или БП от компьютера. Стоимость близкая к нулю.

Рассматриваемый инвертор имеет следующие характеристики:

• Ток нагрузки на электродах: до 100 А.
• Потребляемая мощность от сети 220 вольт — не более 3.5 кВт (ток порядка 15 А).
• Используемые электроды до 2.5 мм.

На иллюстрации изображена готовая схема, которая неоднократно опробована многими домашними мастерами.

Конструктивно инвертор состоит из трех элементов:

1. Блок питания для схемы преобразователя и управления. Выполнен на доступной элементной базе, с применением оптрона от старого блока питания компьютера. При самостоятельном изготовлении трансформатора стоимость практически нулевая: детали копеечные. Номиналы и названия радиоэлементов на иллюстрации.
2. Блок задержки заряда конденсаторов (для стартовой дуги). Выполнен на базе транзисторов КТ972 (абсолютно не дефицит). Разумеется, транзисторы устанавливаются на радиаторы. Для коммутации достаточно обыкновенного автомобильного реле с токовой нагрузкой на контактах до 40 А. Для ручного управления установлены обычные защитные автоматы (пакетники) на 25 А. Выходные 300 вольт — холостой ход. При нагрузке напряжение 50 вольт.
3. Трансформатор тока — самый ответственный узел. При сборке особое внимание следует обратить на точность катушек индуктивности. Некоторую подстройку можно выполнить с помощью переменного резистора (на схеме выделен красным цветом). Однако если параметры не буду согласованными, требуемой мощности дуги достичь не удастся.ШИМ реализуется на микросхеме US3845 (одна из немногих деталей, которую придется покупать). Силовые транзисторы — все те же КТ972 (973). Некоторые элементы на схеме импортные, однако их легко можно заменить на доступные отечественные, поискав аналоги на сайте datasheet.Высокочастотный блок выполнен из частей строчного трансформатора от телевизора.

На выход сварочного инвертора подключаются рабочие провода длиной не более 2 метров. Сечение не менее 10 квадратов. При работе с электродами до 2.5 мм, падение тока минимальное, шов получается гладкий и ровный. Дуга непрерывная, не хуже заводского аналога.

При наличии активного охлаждения (вентиляторы от того-же компьютерного блока питания), конструкцию можно компактно упаковать в небольшой корпус. Учитывая высокочастотные преобразователи, лучше использовать металл.

Чем сложнее самодельный сварочный аппарат, тем ощутимей экономия. Именно простые трансформаторы обходятся дороже, по причине использования дорогостоящей меди в обмотках или трансформаторного железа. Импульсные блоки питания, особенно при наличии в запасе старых деталей от типовых электроприборов, обходятся практически бесплатно.

Видео по теме

Как собрать сварочный аппарат своими руками?

В виду того, что в быту обывателям часто требуется работать с металлом, многие используют сварочные агрегаты. Но далеко не всем по карману приобретение дорогостоящего оборудования, из-за чего и возникает вопрос, как собрать сварочный аппарат своими руками. Процесс изготовления будет отличаться в зависимости от типа и конструктивных особенностей сварочного устройства.

Типы сварочных аппаратов

Современный рынок наполнен достаточно большим разнообразием сварочных аппаратов, но далеко не все целесообразно собирать своими руками.

В зависимости от рабочих параметров устройств различают такие виды устройств:

• на переменном токе – выдающие переменное напряжение от силового трансформатора напрямую к сварочным электродам;
• на постоянном токе – выдающие постоянное напряжение на выходе сварочного трансформатора;
• трехфазные – подключаемые к трехфазной сети;
• инверторные аппараты – выдающие импульсный ток в рабочую область.

Первый вариант сварочного агрегата наиболее простой, для второго понадобиться доработать классическое трансформаторное устройство выпрямительным блоком и сглаживающим фильтром. Трехфазные сварочные аппараты используются в промышленности, поэтому рассматривать изготовление таких устройств для бытовых нужд мы не будем. Инверторный или импульсный трансформатор довольно сложное устройство, поэтому чтобы собрать самодельный инвертор вы должны уметь читать схемы и иметь базовые навыки сборки электронных плат. Так как базой для создания сварочного оборудования является понижающий трансформатор, рассмотрим порядок изготовления от наиболее простого, к более сложному.

На переменном токе

По такому принципу работают классические сварочные аппараты: напряжение с первичной обмотки 220 В понижается до 50 – 60 В на вторичной и подается на сварочный электрод с заготовкой.

Перед тем, как приступить к изготовлению, подберите все необходимые элементы:

• Магнитопровод – более выгодными считаются наборные сердечники с толщиной листа 0,35 – 0,5мм, так как они обеспечивают наименьшие потери в железе сварочного аппарата. Лучше использовать готовый сердечник из трансформаторной стали, так как плотность прилегания пластин играет основополагающую роль в работе магнитопровода.
• Провод для намотки катушек – сечение проводов выбирается в зависимости от величины, протекающих в них токов.
• Изоляционные материалы – основное требование, как к листовым диэлектрикам, так и к родному покрытию проводов – устойчивость к высоким температурам. Иначе изоляция сварочного полуавтомата или трансформатора расплавится и возникнет короткое замыкание, что приведет к поломке аппарата.

Наиболее выгодным вариантом является сборка агрегата из заводского трансформатора, в котором вам подходит и магнитопровод, и первичная обмотка. Но, если подходящего устройства под рукой нет, придется изготовить его самостоятельно. С принципом изготовления, определения сечения и других параметров самодельного трансформатора вы можете ознакомиться в соответствующей статье: https://www.asutpp.ru/transformator-svoimi-rukami.html.

В данном примере мы рассмотрим вариант изготовления сварочного аппарата из блока питания микроволновки. Следует отметить, что трансформаторная сварка должна обладать достаточной мощностью, для наших целей подойдет сварочный аппарат хотя бы на 4 – 5кВт. А так как один трансформатор для микроволновки имеет только 1 – 1,2 кВт, для создания аппарата мы будем использовать два трансформатора.

Для этого вам понадобится выполнить такую последовательность действий:

• Возьмите два трансформатора и проверьте целостность обмоток, питаемых от электрической сети 220В.
• Распилите магнитопровод и снимите высоковольтную обмотку, Рис. 1: распилите сердечник

Рис. 2: уберите высоковольтную обмотку

оставив только низковольтную, в таком случае намотку первичной катушки уже делать не нужно, так как вы используете заводскую.

• Удалите из цепи катушки на каждом трансформаторе токовые шунты, это позволит увеличить мощность каждой обмотки. Рис. 3: удалите токовые шунты
• Для вторичной катушки возьмите медную шину сечением 10мм 2 и намотайте ее на заранее изготовленный каркас из любых подручных материалов. Главное, чтобы форма каркаса повторяла габариты сердечника. Рис. 4: намотайте вторичную обмотку на каркас
• Сделайте диэлектрическую прокладку под первичную обмотку, подойдет любой негорючий материал. По длине ее должно хватать на обе половинки после соединения магнитопровода. Рис. 5: сделайте диэлектрическую прокладку
• Поместите силовую катушку в магнитопровод. Для фиксации обеих половинок сердечника можно использовать клей или стянуть их между собой любым диэлектрическим материалом. Рис. 6: поместите катушку в магнитопровод
• Подключите выводы первички к шнуру питания, а вторички к сварочным кабелям. Рис. 7: подключите шнур питания и кабели

Установите на кабель держатель и электрод диаметром 4 – 5мм. Диаметр электродов подбирается в зависимости от силы электрического тока во вторичной обмотке сварочного аппарата, в нашем примере она составляет 140 – 200А. При других параметрах работы, характеристики электродов меняются соответственно.

Во вторичной обмотке получилось 54 витка, для возможности регулировки величины напряжения на выходе аппарата сделайте два отвода от 40 и 47 витка. Это позволит осуществлять регулировку тока во вторичке посредством уменьшения или увеличения количества витков. Ту же функцию может выполнять резистор, но исключительно в меньшую сторону от номинала.

На постоянном токе

Такой аппарат отличается от предыдущего более стабильными характеристиками электрической дуги, так как она получается не напрямую с вторичной обмотки трансформатора, а от полупроводникового преобразователя со сглаживающим элементом.

Рис. 8: принципиальная схема выпрямления для сварочного трансформатора

Как видите, делать намотку трансформатора для этого не требуется, достаточно доработать схему существующего устройства. Благодаря чему он сможет выдавать более ровный шов, варить нержавейку и чугун. Для изготовления вам понадобится четыре мощных диода или тиристора, примерно на 200 А каждый, два конденсатора емкостью в 15000 мкФ и дроссель. Схема подключения сглаживающего устройства приведена на рисунке ниже:

Рис. 9: схема подключения сглаживающего устройства

Процесс доработки электрической схемы состоит из таких этапов:

• Установите полупроводниковые элементы на радиаторы охлаждения. Рис. 10: установите диоды на радиаторы

В связи с перегревом трансформатора во время работы, диоды могут быстро выйти со строя, поэтому им нужен принудительный отвод тепла.

• Соедините диоды в мост, как показано на рисунке выше, и подключите их к выводам трансформатора. Рис. 11: соедините диоды в мост

Для подключения лучше использовать луженные зажимы, так как они не потеряют изначальную проводимость от больших токов и постоянной вибрации.

Рис. 12: используйте луженные зажимы

Толщина провода выбирается в соответствии с рабочим током вторичной обмотки.

• Подключите силовые конденсаторы и дроссель во вторичную цепь диодного моста. Рис. 13: подключите силовые конденсаторы
• Подсоедините к выводам сглаживающего устройства сварочные шлейфа, установите держатели для электродов – сварочный аппарат постоянного тока готов.

При сварке металлов таким аппаратом всегда следует контролировать нагрев не только трансформатора, но и выпрямителя. А при достижении критической температуры делать паузу для остывания элементов, иначе сварочный агрегат, сделанный своими руками, быстро выйдет со строя.

Инверторный аппарат

Представляет собой довольно сложное устройство для начинающих радиолюбителей. Не менее сложным процессом является подборка необходимых элементов. Преимуществом такого сварочного аппарата являются значительно меньшие габариты и меньшая мощность, в сравнении с классическими устройствами, возможность реализовать точечную сварку и т.д.

Рис. 14: принципиальная схема импульсного блока

В работе такая схема преобразует переменное напряжение из сети в постоянное, затем, при помощи импульсного блока, выдает ток большой амплитуды в область сварки. Этим и достигается относительная экономия мощности аппарата по отношению к его производительности.

Конструктивно инверторная схема сварочного аппарата включает в себя такие элементы:

• диодный выпрямитель с магазином емкостей, балластным резистором и системой плавного пуска;
• система управления на основе драйвера и двух транзисторов;
• силовая часть из управляющего транзистора и выходного трансформатора;
• выходная часть из диодов и дросселя;
• система охлаждения из кулера;
• система обратной связи по току для контроля параметра на выходе сварочного аппарата.

Для изготовления сварочного инвертора вам понадобится самостоятельно намотать силовой трансформатор, трансформатор тока на базе ферритового кольца. Для моста лучше использовать готовую сборку из быстродействующих полупроводниковых элементов.

К сожалению, большинство других элементов вряд ли найдутся под рукой в гараже или у вас дома, поэтому их придется заказывать или приобретать в специализированных магазинах. Из-за чего сборка инверторного блока своими руками обойдется не дешевле заводского варианта, а с учетом затраченного времени, еще и дороже. Поэтому для инверторной сварки лучше приобрести готовый аппарат с заданными рабочими параметрами.