Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока. В промышленных аппаратах используют разные способы регулировки тока: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов, изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования, применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов. К недостаткам такой регулировки надо отнести сложность конструкции, громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении.

Наиболее оптимальный вариант - еще при намотке вторичной обмотки сделать ее с отводами и, переключая количество витков, изменять ток. Однако использовать такой способ можно для подстройки тока, но не для его регулировки в широких пределах. Кроме того, регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами.

Так, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости, а для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200 А. Другое дело - цепь первичной обмотки, где токи в пять раз меньше.

После долгих поисков путем проб и ошибок был найден оптимальный вариант решения проблемы - широко известный тиристорный регулятор, схема которого изображена на рис.1.

При предельной простоте и доступности элементной базы он прост в управлении, не требует настроек и хорошо зарекомендовал себя в работе - работает не иначе, как "часы".

Регулирование мощности происходит при периодическом отключении на фиксированный промежуток времени первичной обмотки сварочного трансформатора на каждом полупериоде тока. Среднее значение тока при этом уменьшается.

Основные элементы регулятора (тиристоры) включены встречно и параллельно друг другу. Они поочередно открываются импульсами тока, формируемыми транзисторами VT1, VT2. При включении регулятора в сеть оба тиристора закрыты, конденсаторы С1 и С2 начинают заряжаться через переменный резистор R7. Как только напряжение на одном из конденсаторов достигает напряжения лавинного пробоя транзистора, последний открывается, и через него течет ток разряда соединенного с ним конденсатора.

Вслед за транзистором открывается и соответствующий тиристор, который подключает нагрузку к сети. После начала следующего, противоположного по знаку полупериода переменного тока тиристор закрывается, и начинается новый цикл зарядки конденсаторов, но уже в обратной полярности. Теперь открывается второй транзистор, и второй тиристор снова подключает нагрузку к сети.

Изменением сопротивления переменного резистора R7 можно регулировать момент включения тиристоров от начала до конца полупериода, что в свою очередь приводит к изменению общего тока в первичной обмотке сварочного трансформатора Т1. Для увеличения или уменьшения диапазона регулировки можно изменить сопротивление переменного резистора R7 в большую или меньшую сторону соответственно.

Транзисторы VT1, VT2, работающие в лавинном режиме, и резисторы R5, R6, включенные в их базовые цепи, можно заменить динисторами. Аноды динисторов следует соединить с крайними выводами резистора R7, а катоды подключить к резисторам R3 и R4. Если регулятор собрать на динисторах, то лучше использовать приборы типа КН102А.

Переменный резистор типа СП-2, остальные типа МЛТ. Конденсаторы типа МБМ или МБТ на рабочее напряжение не менее 400 В.

Правильно собранный регулятор не требует налаживания. Необходимо лишь убедиться в в лавинном режиме (или в стабильном включении динисторов).

Внимание! Устройство имеет гальваническую связь с сетью. Все элементы, включая теплоотводы тиристоров, должны быть изолированы от корпуса.

При использовании постоянного тока в технике необходимо плавно и в широких пределах регулировать силу тока в цепи потребителя. Принципиально возможное реостатное регулирование крайне неэкономично из-за больших потерь энергии в реостатах. Поэтому несколько десятилетий в технике широко использовались более экономичные ионные приборы - ртутные вентили, тиратроны, игнитроны и др., - приборы с управляющими сетками.

В настоящее время для этих целей широкое применение получают нелинейные элементы (управляемые полупроводниковые вентили) - тиристоры. Они компактны, экономичны и имеют хорошие эксплуатационные показатели. Тиристорные выпрямители и преобразователи весьма интенсивно внедряются в электрооборудование самых различных отраслей промышленности и особенно в систему всех видов электрифицированного транспорта (железные дороги, метро, троллейбус, трамвай). С помощью тиристоров можно не только выпрямлять переменный ток и регулировать среднее его значение, но и регулировать силу тока и напряжение в цепях переменного тока.

На рисунке 4-19 показаны схема и принцип регулирования среднего (за полпериода) значения выпрямленного напряжения с помощью управляемого тиристора в зависимости от моментов подачи управляющих импульсов. Импульсы напряжения на нагрузке имеют разную длительность. Так, если управляющие импульсы подаются в начале каждого полупериода, то напряжение на нагрузке такое же, как и в обычной двухполупериодной схеме. Если же импульсы подавать в середине каждого полупериода, то импульсы выпрямленного напряжения будут иметь длительность, равную четверти периода, и т. д.

На рисунке 4-20 показано аналогичное предыдущему регулирование напряжения, но в цепи переменного тока. Здесь в каждую

половину периода ток проходит через одну пару диодов (без выпрямления) и через тиристор Т. Воздействием на тиристор специальных управляющих импульсов можно превратить синусоидальное напряжение (и ток) в последовательность импульсов любой длительности, амплитуды и полярности, т. е. можно регулировать действующее значение напряжения (и тока) в широких пределах.

Наконец, на рисунке 4-21 приведена схема выпрямления и регулирования тока трехфазным выпрямителем на тиристорах. Здесь ЛУ - автоматическое устройство, подающее импульсы в моменты периода, соответствующие регулированию, а тиристоры выпрямляют переменный ток и одновременно регулируют его среднее значение.

На сегодняшний день регулировка тока сварочного аппарата может выполняться различными методами. Однако чаще всего используется метод регулировки тока при помощи предусмотренного на выходе повторной обмотки балластного сопротивления. Данный метод не только надежен и прост в реализации, но и эффективен, так как таким образом можно улучшить внешнюю характеристику трансформаторного аппарата и увеличить крутизну падения. В исключительных случаях подобные сопротивления используются только для того, чтобы исправить жесткую характеристику устройства для сварки.

Сварочный аппарат — одно из самых необходимых устройств в домашней мастерской.

Элементы, которые понадобятся для изготовления регулятора тока сварочного аппарата:

• шнур;
• стальная пружинка;
• нихромовая проволока;
• резисторы;
• переключатель;
• катушка;
• схема регулятора тока сварочного аппарата.

Использование балластного сопротивления в качестве регулятора тока

Величина балластного сопротивления для регулятора тока сварки составляет приблизительно 0,001 Ом. Данная величина чаще всего подбирается экспериментальным путем. Для получения балластного сопротивления часто используются сопротивления проволок большой мощности, которые применяются в подъемных приспособлениях и троллейбусах. Также данные элементы используются для отрезки спиралей ТЭНа и элементов высокоомной проволоки большой толщины. Уменьшить ток можно даже при помощи растянутой стальной пружинки для двери. Подобное сопротивление можно включить стационарно или таким образом, чтобы в дальнейшем возможно было сравнительно легко регулировать ток сварки. Один конец данного сопротивления нужно подключить к выходу трансформаторной конструкции, другой конец провода сварки следует оборудовать отдельными приспособлениями для зажима, которые смогут перекидываться по длине спирали сопротивления для выбора необходимого тока.

Можно использовать нихромовую проволоку диаметром 4 мм и длиной 8 м в качестве балластного сопротивления. Проволока может иметь и небольшой диаметр, в таком случае длина тоже должна быть соответствующей. Однако чем меньше длина, тем больше проволока нагревается. Обязательно следует это учитывать.

В качестве балластного сопротивления можно использовать нихромовую проволоку.

Большая часть резисторов из проволок высокой мощности изготавливается в виде открытых спиралей, которые смонтированы на каркас длиной до 0,5 м. В таких случаях в спирали сматываются и проволоки из ТЭНа. Если резисторный элемент, изготовленный из магнитных сплавов, скомпоновать со спиралью или с какими-нибудь элементами из стали, в процессе прохождения значительных токов спираль начнет чрезмерно вибрировать. Следует понимать, что спираль является тем же соленоидом, а существенные токи сварки создают магнитные поля большой мощности. Снизить воздействие вибраций возможно путем растягивания спирали и закрепления ее на прочном основании.

Проволоку можно согнуть и змейкой, чтобы уменьшить размеры изготовленного резисторного элемента. Сечение материала резистора, который проводит ток, нужно подбирать большое, потому что в процессе работы оборудование будет сильно нагреваться. Проволока недостаточной толщины будет сильно раскаляться, однако использовать ее для регулировки тока аппарата для сварки можно достаточно эффективно. Следует понимать, что в процессе нагревания свойства материала могут сильно измениться, потому сложно судить о значении сопротивления подобного резистора из проволоки.

Вернуться к оглавлению

Использование реактивного сопротивления для регулировки тока

В промышленных устройствах для сварки регулировка тока при помощи использования активных сопротивлений не пользуется популярностью в связи с громоздкостью и перегревом используемых элементов. Однако достаточно часто применяется реактивное сопротивление — использование дросселя во вторичной цепочке. Дроссели могут иметь различную конструкцию. Часто они объединяются с магнитным проводом трансформаторной конструкции в единое целое. Однако они изготовлены так, что их индуктивность и сопротивление можно регулировать путем перемещения элементов магнитного провода. В данном случае дроссель также будет улучшать процесс горения дуги.

Регулировка тока во второстепенной цепочке трансформаторной конструкции для сварки связана с некоторыми проблемами. Через приспособление для регулировки будут проходить значительные токи, что может привести к громоздкости. Другим недостатком является переключение. Для второстепенной цепочки достаточно сложно подобрать распространенные переключатели подходящей мощности, которые смогут выдерживать ток до 200 А. В цепочке начальной обмотки токи приблизительно в 5 раз меньше, поэтому переключатели для них подобрать довольно просто. Последовательно с начальной обмоткой можно будет включить балластные сопротивления. Однако в данном случае сопротивление резисторных элементов должно быть намного большим, чем в цепочке повторной обмотки.

В качестве источников питания для сварочного аппарата используются специальные аккумуляторы.

Следует знать, что батарейка сопротивлением 8 Ом из нескольких приспособлений ПЭВ-50 100, которые соединены друг с другом параллельно, сможет снизить выходной ток в 2-3 раза. В этом случае все будет зависеть от трансформаторной конструкции. Можно подготовить несколько батареек и смонтировать переключатель. Если в наличии нет переключательного элемента большой мощности, то можно использовать несколько выключателей.

В процессе включения балластного сопротивления в начальной цепочке будет утеряна выгода, которую придаст сопротивление во второстепенной цепочке. Улучшения падающего параметра трансформаторной конструкции не произойдет. Однако при этом к негативным последствиям в горении дуги резисторы, которые включены по высокому напряжению, не приведут. Если трансформаторная конструкция хорошо сваривает без них, то она будет варить и с дополнительным сопротивлением в начальной обмотке.

При работе на холостом ходу трансформаторное устройство потребляет маленький ток, следовательно его обмотка имеет существенное сопротивление. Поэтому 2-5 Ом не будут сказываться на выходном напряжении холостого хода.

Вернуться к оглавлению

Установка дросселя для регулировки тока

Вместо резисторных элементов, которые могут перегреваться в процессе работы, в цепочку начальной обмотки можно смонтировать реактивное сопротивление — дроссель. Данная схема может использоваться исключительно в том случае, если нет других приспособлений для снижения мощности. Включение подобного сопротивления в цепочку высокого напряжения сильно снизит напряжение холостого хода трансформаторной конструкции. Падение напряжения происходит у регулирующих устройств со сравнительно большим током холостого хода — 2-4 А. В случае небольшого использования тока падения напряжения происходить не будет. Дроссель, который включен в начальную обмотку трансформаторного устройства, приведет к незначительному ухудшению параметров сварки трансформаторной конструкции, однако его все равно можно будет использовать. В данном случае все будет зависеть от свойств используемого трансформаторного устройства. На некоторых устройствах сварки встраивание дросселя в основную цепочку трансформаторной конструкции сказываться не будет.

В качестве дросселя устройства, для того чтобы регулировать ток, можно применить повторную обмотку имеющейся трансформаторной конструкции, которая рассчитывается на выход порядка 40 В. Мощность приспособления должна составлять приблизительно 250-300 Вт. В таком случае ничего изменять не нужно будет. Однако рекомендуется изготовить дроссель самостоятельно. Для этого нужно намотать шнур на каркас от трансформаторной конструкции мощностью 250-300 Вт. Через каждые 50-60 витков нужно делать отводы, которые подключаются к основному переключателю. Для изготовления дросселя подойдет элемент от телевизора.

В этом материале рассмотрим способы регулировки сварочного тока. Схемы регуляторов тока для сварочного аппарата разнообразны. Они имеют свои достоинства и недостатки. Постараемся помочь читателю выбрать регулятор тока для сварочного аппарата.

Общие понятия

Общеизвестен принцип дуговой сварки. Освежим в памяти основные понятия. Чтобы получить сварочное соединение, необходимо создать дугу. Электрическая дуга возникает при подаче напряжения между сварочным электродом и поверхностью свариваемого материала. Ток дуги расплавляет металл, образуется расплавленная ванна между двумя торцами. После остывания шва получаем крепкое соединение двух металлов.

В России переменный ток регламентирован частотой 50 Гц. Питание для сварочного аппарата подается от сети фазным напряжением 220 В. Сварочные трансформаторы имеют две обмотки: первичную и вторичную. Вторичное напряжение трансформатора составляет 70 В.

Разделяют ручной и автоматический режим сварки. В условиях домашней мастерской сварку проводят в ручном режиме. Перечислим параметры, которые изменяют в ручном режиме:

• сила тока сварки;
• напряжение дуги;
• скорость сварочного электрода;
• количество проходов на шов;
• диаметр и марка электрода.

Правильный выбор и поддержание на протяжении сварочного процесса необходимых параметров являются залогом качественного сварного соединения .

При проведении ручной дуговой сварки необходимо грамотно распределять ток. Это позволит выполнить качественный шов. Стабильность дуги напрямую зависит от величины сварочного тока. Специалисты подбирают ее исходя из диаметра электродов и толщины свариваемых материалов.

Вернуться к оглавлению

Типы регуляторов тока

Существует больше количество способов изменения силы тока во время проведения сварочных операций. Еще больше разработано принципиальных электрических схем регуляторов. Способы управления сварочным током могут быть следующие:

• установка пассивных элементов во вторичной цепи;
• переключение числа витков обмоток трансформатора;
• изменение магнитного потока трансформатора;
• регулировка на полупроводниках.

Следует знать преимущества и недостатки разных методов регулировки. Назовем характерные особенности указанных типов.

Вернуться к оглавлению

Резистор и дроссель

Первый тип регулировки считается самым простым. В сварочную цепь включают последовательно резистор или дроссель. В этом случае изменение силы тока и напряжения дуги происходит за счет сопротивления и, соответственно, падения напряжения. Умельцы оценили простой и эффективный способ регулировки тока — включение сопротивления во вторичную цепь. Устройство несложное и надежное.

Добавочные резисторы используются для смягчения вольт-амперной характеристики источника питания. Изготавливают сопротивление из толстой (диаметром 5-10 мм) проволоки из нихрома. В качестве пассивного элемента применяются мощные проволочные сопротивления.

Для регулировки тока вместо сопротивления ставят и дроссель. Благодаря введению индуктивности в цепь дуги переменного тока наблюдается сдвиг фаз тока и напряжения. Переход тока через нуль происходит при высоком напряжении трансформатора, что повышает надежность повторного зажигания и устойчивость горения дуги. Режим сварки становится мягкий, в результате чего получаем равномерный и качественный шов.

Этот способ нашел широкое распространение благодаря надежности, доступности в изготовлении и низкой стоимости. К недостаткам отнесем малый диапазон регулирования и сложность в перестройке параметров. Сделать такую конструкцию по силам каждому. Часто применяют трансформаторы типа ТС-180 или ТС-250 от старых ламповых телевизоров, с которых убирают первичные и вторичные обмотки и наматывают дроссельную обмотку с требуемым сечением. Сечение алюминиевого провода составит порядка 35-40 мм, медного — до 25 мм. Количество витков будет находиться в диапазоне 25-40 штук.

Вернуться к оглавлению

Переключение числа обмоток

Регулировка напряжения осуществляется изменением числа витков обмотки. Так изменяется коэффициент трансформации. Регулятор сварочного тока прост в эксплуатации. Для такого способа регулировки необходимо сделать отводы при намотке. Коммутация проводится переключателем, выдерживающим большой ток и сетевое напряжение. Недостатки переключения витков: трудно найти коммутатор, выдерживающий нагрузку в пару сотен ампер, небольшой диапазон регулировки тока.

Вернуться к оглавлению

Магнитный поток сердечника

Влиять на параметры тока можно магнитным потоком силового трансформатора. Регулирование силы сварочного тока производят за счет подвижности обмоток, изменения зазора или введения магнитного шунта. При сокращении или увеличении расстояния магнитные потоки двух обмоток меняются, в результате чего сила тока тоже будет изменяться. Способ магнитного потока практически не используется из-за сложности изготовления трансформаторного сердечника.

Вернуться к оглавлению

Полупроводники в схеме регулировки тока

Рисунок 1. Схема регулятора сварочного тока.

Полупроводниковые приборы совершили настоящий прорыв в сварочном деле. Современная схемотехника позволяет использовать мощные полупроводниковые ключи. Особенно распространены тиристорные схемы регулировки сварочного тока. Применение полупроводниковых приборов вытесняет неэффективные схемы управления. Данные решения повышают пределы регулировки тока. Габаритные и тяжелые сварочные трансформаторы, содержащие огромное количество дорогой меди, заменены на легкие и компактные.

Электронный тиристорный регулятор — это электронная схема, необходимая для контроля и настройки напряжения и силы тока, которые подводятся к электроду в месте сварки.

Для примера рассмотрим регулятор на тиристорах. Схема регулятора сварочного тока представлена на рис. 1.

В основу схемы положен принцип фазового регулятора тока.

Регулировка осуществляется подачей управляющего напряжения на твердотельные реле — тиристоры. Тиристоры VS1 и VS2 открываются поочередно при поступлении сигналов на управляющие электроды. Напряжение питания схемы формирования управляющих импульсов снимается с отдельной обмотки. Далее преобразуется в постоянное напряжение диодным мостом на VD5-VD8.

Положительная полуволна заряжает емкость С1. Время заряда электролитического конденсатора формируется резисторами R1, R2. Когда напряжение достигнет необходимой величины (более 5,6 В), происходит открытие динистора, образованного стабилитроном VD6 и тиристором VS3. Далее сигнал проходит через диод VD3 или VD4. При положительной полуволне открывается тиристор VS1, при отрицательной — VS2. Конденсатор С1 разрядится. После начала следующего полупериода тиристор VS1 закрывается, происходит зарядка емкости. В этот момент открывается ключ VS2, который продолжает подачу напряжения на электрическую дугу.

Наладка сводится к установке диапазона сварочного тока подстроечным сопротивлением R1. Как видим, схема регулировки сварочного тока довольно-таки проста. Доступность элементной базы, простота наладки и управления регулятора допускают изготовление такого сварочного аппарата самостоятельно.

Вам понадобится

• - транзисторы типа П416, ГТ308;
• - переменный резистор СП-2;
• - резисторы МЛТ;
• - конденсаторы МБТ или МБМ 400 В

Инструкция

Сделайте вторичную обмотку при намотке сварочного . Изменяйте ток переключением количества витков. Это наиболее оптимальный вариант. Но применять данный способ можно только для подстройки тока, для регулировки его в широких пределах он не применяется. Стоит сказать, что данный метод связан с определенными проблемами. Прежде всего с тем, что регулирующее устройство проходит значительный ток, который приводит к его громоздкости, а для вторичной цепи невозможно подобрать стандартные переключатели, которые бы выдерживали ток до 200 А. Совсем друге дело - цепь первичной обмотки, так как токи здесь в 5 раз слабее.

Соберите тиристорный регулятор. Элементная база доступна, он прост в управлении, не нуждается в настройке и хорошо зарекомендовал себя в процессе работы. Регулировка мощности осуществляется периодическим отключением на заданный промежуток времени I-ой обмотки сварочного трансформатора на каждом полупериоде тока. При этом среднее значение тока уменьшается.

Включите основные элементы регулятора (тиристоры) параллельно и встречно друг другу. Они будут поочередно открываться импульсами тока, которые формируются транзисторами VT1, VT2. При подаче питания на регулятор оба закрыты, через переменный R7 начинают конденсаторы С1 и С2. При достижении на одном из них напряжения лавинного пробоя транзистора, последний откроет путь току разряда соединенного с ним конденсатора. После чего соответствующий тиристор, подключающий нагрузку к сети. При начале следующего полупериода все повторяется, но наоборот, в обратной полярности.

Регулировку момента тиристоров производите изменением сопротивления переменного резистора R7 от начала до конца полупериода. Это приводит к изменению общего тока в I-й обмотке сварочного трансформатора. Для уменьшения или увеличения диапазона регулировки измените сопротивление переменного резистора R7 в меньшую или в большую сторону соответственно.

Замените резисторы R5, R6, которые включены в базовые цепи и транзисторы VT1, VT2, которые работают в лавинном режиме, на динисторы. Соедините аноды динисторов с крайними выводами резистора R7, а катоды подключите к резисторам R3 и R4. Для регулятора тока собранного на динисторах используйте приборы типа КН102А. Используйте в качестве VT1, VT2 транзисторы типа П416, ГТ308, но можете заменить их современными высокочастотными маломощными с близкими параметрами. Используйте переменный резистор типа СП-2, типа МЛТ. Конденсаторы типа МБТ или МБМ рабочим напряжением от 400 В. Регулятор не наладки, убедитесь только в стабильной работе транзисторов в лавинном режиме.