Как сделать сварочный аппарат своими руками: пошаговое описание как рассчитать и собрать сварочный аппарат (110 фото). Сварочный аппарат своими руками: простая инструкция по созданию и применению прибора Маломощный сварочный аппарат своими руками

Постоянного тока потребуется наличие источника электротока высокой мощности, который преобразовывает стандартное напряжение бытовой сети и обеспечивает постоянство величины значения электротока для розжига и поддержания электродуги.

Сварочный аппарат постоянного тока имеет ряд достоинств: мягкое зажигание дуги и возможность соединять тонкостенные детали.

Блок-схема аппарата для проведения сварочных работ

Блок питания устанавливается в корпус из пластической массы или листового метала. Блок питания агрегата оснащается всеми необходимыми для работы компонентами: разъемами, выключателями, клеммами и регуляторами. Корпус агрегата для осуществления сварных работ оборудуется специальными держателями и колесиками для транспортировки.

Читайте также:

Главным условием при конструировании агрегата, используемого для сваривания, является понимание принципа работы аппарата и сути самого сварочного процесса. Для того чтобы сконструировать самостоятельно сварочный аппарат, требуется понимать принципы розжига и горения электродуги и основы принципов плавления электрода для сварки.

В источник питания высокой мощности входят такие компоненты, как:

• выпрямитель;
• инверторы;
• трансформатор тока и напряжения;
• регуляторы, которые способствуют улучшению качественных характеристик образующейся электродуги;
• допустройства.

Основным компонентом любого сварочного агрегата является трансформатор. Вспомогательные устройства могут иметь различную схему организации в зависимости от конструкции аппарата.

Вернуться к оглавлению

Трансформатор для сварки

Сварочный аппарат постоянного тока в своей конструкции включает в качестве основного элемента трансформатор, обеспечивающий понижение нормального сетевого напряжения с 220 В до 45-80 В.

Этот элемент конструкции функционирует в дуговом режиме с максимальной мощностью.

Трансформаторы, используемые в конструкции, должны выдерживать при работе большие значения токов, номинальная сила которых составляет 200 А. Вольтамперные показатели трансформатора должны полностью соответствовать спецтребованиям, которые обеспечивают режимы работы дуговой сварки.
Некоторые самодельные трансформаторные сварочные аппараты являются простыми в своей конструкции. В них отсутствуют допустройства регулировки параметров токов. Регулировка технических параметров такого устройства осуществляется несколькими способами:

• при помощи узкоспециализированного регулятора;
• путем переключения числа витков катушки.

Трансформатор сварочного агрегата состоит из следующих конструктивных элементов:

• магнитопровод, изготовленный из пластин трансформаторной стали;
• две обмотки – первичная и вторичная, этот компонент трансформатора имеет выводы для подключения устройств регулировки параметров рабочего тока.

Трансформатор, используемый в сварочном аппарате, не имеет регулировочных устройств, обеспечивающих регулировку тока и его ограничение на рабочей обмотке. Первичная обмотка сварочного трансформатора оснащается выводами для подключения регулирующих схем и устройств, позволяющих осуществлять настройку сварочного устройства в зависимости от условий эксплуатации и параметров входящего тока.

Основная часть трансформатора – магнитопровод. Чаще всего при конструировании самодельных сварочных аппаратов используются магнитопроводы от списанного двигателя, старого силового трансформатора. Каждая конструкция магнитопровода имеет свои нюансы в конструкции. Основными параметрами, характеризующими магнитопровод, являются следующие:

• размер магнитопровода;
• количество витков обмоток на магнитопроводе;
• уровень напряжения тока на входе и на выходе устройства;
• уровень потребляемого тока;
• максимальный ток, получаемый на выходе устройства.

Эти основные характеристики определяют пригодность трансформатора для использования в качестве устройства, способствующего формированию дуги, а также приспособления, способствующего образованию качественного сварного шва.

Вернуться к оглавлению

Возможные детали при создании аппарата для сварки

При создании аппарата для сварки своими руками стабильность электродуги достигается постоянством потенциала. Стабильность дуги обеспечивает качество образующихся швов. Постоянство потенциала достигается путем применения высокомощных выпрямителей, выполнение которых осуществляется на диодах, выдерживающих токи до 200 А, таких, например, как В-200.

Эти диоды имеют большие размеры и требуют обязательного использования для организации качественного теплоотведения массивных радиаторов. Это обстоятельство требуется учитывать при изготовлении корпуса конструкции. Лучшим вариантом при создании конструкции будет использование диодного спецмоста. Диоды можно смонтировать параллельно, что позволяет в значительной мере повысить выходной ток.

Собирая своими руками конструкцию, требуется подстраивать все его компоненты. При некачественном подборе или неправильном расчете конструкция может оказывать влияние на качество сварки.

Иногда при соответствующем подборе деталей и комплектующих может получиться по-настоящему уникальный прибор, который имеет мягкое и легкое зажигание электродуги, а сваривание деталей можно осуществлять даже с очень тонкими стенками, при практически полном отсутствии разбрызгивания жидкого металла.

Вернуться к оглавлению

Принципиальная схема самодельного сварочного агрегата

Можно изготовить самодельный сварочный аппарат на основе транзисторного или тиристорного управления. Более надежными являются тиристоры. Эти элементы конструкции управления способны выдерживать замыкание на выходе и достаточно быстро способны выходить из этого состояния. Эти компоненты системы управления не требуют монтажа мощных радиаторов охлаждения. Это связано с тем, что конструктивные элементы имеют низкое тепловыделение.

Система управления, созданная на транзисторах, способна значительно быстрее выйти из рабочего состояния, так как транзисторы существенно быстрее перегорают при возникновении перегрузок и являются более капризными в эксплуатации. Схема, созданная на основе тиристоров, отличается простотой и высокой надежностью.

Блок управления, основанный на этих элементах, обладает следующими преимуществами:

• плавная регулировка;
• наличие постоянного тока.

При осуществлении сваривания стали толщиной 3 мм потребляемый ток около 10 А. Ток сваривания подается путем нажатия специального рычага на вилке, которая удерживает электрод.

Такая конструкция позволяет повысить безопасность в процессе осуществления работ, работать с высоким напряжением, которое обеспечивает стабильность горения дуги. В случае использования в работе обратной полярности имеется возможность проведения сварочных работ с очень тонким листовым металлом.

Без сварочного аппарата сложно обойтись в строительстве, монтаже и ремонте. Обычно приобретают оборудование в готовом виде. Однако можно пойти и другим путем: сделать самому сварочный аппарат, ведь самостоятельно изготовленное устройство позволит значительно сэкономить средства и станет увлекательным делом для тех, кто любит мастерить.

О способах соединения, обмотках и электроде

Существуют различные виды сварочных аппаратов. Наиболее распространенной ошибкой начинающих мастеров-умельцев является стремление сразу же изготовить сложное устройство. Схемы для производства сварочного аппарата легко найти в интернете, оптимальнее всего отдать предпочтение тому виду оборудования, изготовление которого не вызовет значительных затруднений и не займет много времени. Ремонт собственного сварочного аппарата не принесет больших проблем и значительных денежных трат для человека, изготовившего оборудование.

Сразу же возникает закономерный вопрос: какой сварочный аппарат лучше подойдет для работы в домашних условиях? Только малогабаритный. Оптимальным решением проблемы станет создание аппарата из уже имеющихся в распоряжении мастера-умельца устройств. Для работ потребуется трехфазный трансформатор. Первичные необходимо соединить. У сварочного аппарата это производится на магнитопроводе «треугольником». Такой метод применяется только для аппарата, который планируется подключать к трехфазной сети с напряжением 380/220 В.

Электропитание и специфика конструкции аппарата – та задача, на решение которой надо обратить внимание в первую очередь. Если питание и внутреннее устройство оборудования не соответствуют друг другу, это приведет к тому, что техника, на создание которой ушли силы и время, станет представлять опасность для жизни и здоровья человека. Если сварочный аппарат будет питаться от однофазной сети 220 В, соединение первичной обмотки трансформатора должно быть выполнено иначе. Крайние стержни магнитопроводов аппарата соединяют встречно-параллельным способом. Для такого сварочного аппарата применяется другой принцип скрепления вторичных обмоток: фиксированная схема.

Если устройство питается от однофазной сети 220 В, оно отличается и особенностями добавочной обмотки. Она накручена на все обмотки электропровода, которыми обладает сварочный аппарат. Для чего она нужна? Во время сварки происходят ступенчатые изменения сварочного тока. Им нужен балласт, чью роль выполняет добавочная обмотка. Ее отличительная черта: 40-50 витков. Для малогабаритного сварочного аппарата больше всего подойдет двухступенчатое регулирование электрического питания.

Новички часто неправильно выбирают размер электрода для устройства.

Для того чтобы самому сделать сварочный аппарат постоянного тока, необходим источник питания повышенной мощности, который способен преобразовывать номинальное напряжение обычной однофазной сети и обеспечивать постоянную величину соответствующего тока. Это необходимо для того, чтобы возникла и удерживалась нормальная электродуга.

Для источника питания повышенной мощности потребуются следующие составляющие:

1. Выпрямитель.
2. Инверторы.
3. Трансформатор тока и напряжения.
4. Регуляторы тока и напряжения (для улучшения качественных характеристик самой электродуги).
5. Вспомогательные устройства.

Есть простое правило, которое поможет сделать нужный выбор: чем сильнее электрическая сеть и толще электропроводка, тем большим должен быть электрод.
Основные составляющие сварочного аппарата:

1. Магнитопровод трансформатора.
2. Первичные обмотки.
3. Вторичные обмотки.
4. Добавочная обмотка.
5. Выносные конденсаторы.
6. Переключатель режимов сварки.
7. Контактный температурный датчик и сигнальное звуковое устройство.
8. Переключатели режимов сварки.

Вернуться к оглавлению

Зачем нужен бетон?

Корпус сварочного аппарата – немаловажный вопрос. Для изготовления корпусов подобного оборудования принято применять специально приготовленный бетон. Он должен иметь хороший показатель пластичности. Подойдет тот, что наиболее легко принимает нужную форму и застывает в максимально короткие сроки.

Для корпуса потребуются мелкозернистый песок и цемент. Первый должен составлять 75% от сухой смеси бетона, второй – ее пятую часть. Оставшиеся 5% сухой смеси – это клей ПВА и стекловата в соотношении 1:1. Вместо клея можно использовать водорастворимый латекс.

Многие начинающие мастера считают, что изготовить сварочный аппарат намного легче, чем выполнить его корпус. На самом деле нет ничего сложного, если совершать все действия последовательно. Главная ошибка – неправильно выбранная толщина корпуса, она не должна быть меньше 1 см. Сварочный аппарат необходимо очистить. Затем устройство просушивают и только тогда приступают к изготовлению корпуса. Когда бетон застыл, сварочный аппарат обязательно надо обработать снаружи. Для этого нужен органический мономер.

Для данной задачи подойдут стирол или метилметакрилат. Как только бетон пропитан мономером, необходимо выполнить термообработку поверхности. Температура для этих целей должна быть не менее 70 0 С. При этом происходит полимеризация мономера. В результате этой процедуры идет образование водонепроницаемого слоя на корпусе самого аппарата. После нее сварочный аппарат будет защищен от воздействия внешней среды.

Вернуться к оглавлению

Самый простой способ

Точечная сварка наиболее востребована в повседневном быту, но часто у человека просто нет времени на изготовление сложной внутренней части сварочного аппарата. Если она вызывает затруднения, можно прибегнуть к самому примитивному варианту решения вопроса. Проверьте: какая неисправная бытовая техника есть в доме.

Если сломалась микроволновая печь, не спешите ее выбрасывать – при наличии новой электропроводки, деревяшек, хомутиков и наконечников – аппарат для точечной сварки можно изготовить очень быстро.

Потребуются:

1. Шайбы.
2. Саморезы.
3. Скобы.

Они должны соответствовать предполагаемым размерам сварочного аппарата. Если у сломавшейся микроволновой печи трансформатор исправен, он и станет основой нового самодельного оборудования.

Сварочный аппарат - желанное приобретение для любого хозяйства. Преимущества ручной элекросварки очевидны и бесспорны: простота в пользовании, широчайшая область применения, высокая производительность и надежность соединений - и все это при возможности работы практически везде, где есть электросеть. Проблем с выбором и приобретением сварочных аппаратов сегодня, вроде бы, не существует. В продаже появилось немало бытовых и профессиональных сварочных аппаратов промышленного изготовления. Наперебой предлагают свою продукцию и всевозможные кустарные мастерские и умельцы. Да вот только цены на фабричные аппараты "кусаются", как правило, в несколько раз, превосходя теперешний среднемесячный заработок. В основном именно это печальное несоответствие между собственным достатком и ценой всегда и вынуждает многих людей браться за сварку собственными руками.

В современной литературе можно встретить немало материала по сварочному делу. В последние годы ряд статей, посвященных усовершенствованию и расчету элементов сварочных трансформаторов (СТ), было опубликовано и в "Радіоаматоре", что, несомненно, свидетельствует об интересе читателей к данной теме. Я предлагаю самое главное: как и из чего в домашних условиях изготовить сварочные трансформаторы. Все описанные в дальнейшем схемы сварочных трансформаторов прошли практическую проверку и реально пригодны для ручной электросварки. Некоторые же из схем отрабатывались "в народе" на протяжении десятилетий и стали своего рода "классикой" самостоятельного "трансформаторостроения".

Как и любой трансформатор, СТ состоит из первичной и вторичной (возможно с отводами) обмоток, намотанных на крупном магнитопроводе из трансформаторного железа. От обычного трансформатора СТ отличает режим работы: работает он в дуговом режиме, т.е. в режиме практически максимально возможной мощности. А отсюда и сильные вибрации, интенсивный нагрев, необходимость применения провода большого сечения. Запитывается СТ от однофазной сети 220-240 В. Выходное напряжение вторичной обмотки в режиме холостого хода (х.х.) (когда к выходу не подключена нагрузка) у самодельных СТ лежит, как правило, в пределах 45-50 В, реже до 70 В. Вообще, выходные напряжения для промышленных сварочных агрегатов ограничены (80 В для переменного, 90 В для постоянного напряжения). Поэтому большие стационарные агрегаты имеют на выходе 60-80 В.

Основной мощностной характеристикой СТ принято считать выходной ток вторичной обмотки в дуговом режиме (режиме сварки). При этом электрическая дуга горит в зазоре между концом электрода и свариваемым металлом. Величина зазора 0,5...1,1 d (d - диаметр электрода), она поддерживается вручную. Для переносных конструкций рабочие токи составляют 40-200 А. Сварочный ток определяется мощностью СТ. От выходного тока СТ зависят выбор диаметра используемых электродов и оптимальная толщина свариваемого металла.

Наиболее распространенными являются электроды со стальными прутьями D3 мм ("тройка"), для которых необходимы токи 90-150 А (чаще 100-130 А). В умелых руках "тройка" будет гореть и при 75 А. При токах, больших 150 А, такие электроды можно применять для резки металла (тонкие листы железа 1-2 мм можно резать и при меньших токах). При работе электродом D3 мм через первичную обмотку СТ протекает ток 20-30 А (чаще около 25 А).

Если выходной ток ниже требуемого, то электроды начинают "липнуть" или "клеиться", привариваясь кончиками к свариваемому металлу: так, СТ начинает работать с опасной перегрузкой в режиме короткого замыкания. При токах, больше допустимых, электроды начинают резать материал: так можно испортить все изделие.

Для электродов с железным стержнем D2 мм необходим ток 40-80 А (чаще 50-70 А). Ими можно аккуратно сваривать тонкую сталь толщиной 1-2 мм. Электроды D4 мм хорошо работают при токе 150-200 А. Более высокие токи используют для малораспространенных (D5-6 мм) электродов и резки металла.

Кроме мощности, важным свойством СТ является его динамическая характеристика. Динамическая характеристика трансформатора во многом определяет стабильность горения дуги, а значит, и качество сварных соединений. Из динамических характеристик можно выделить крутопадающую и пологопадающую. При ручной сварке происходят неизбежные колебания конца электрода и соответственно изменение длины горения дуги (в момент зажигания дуги, при регулировании длины дуги, на неровностях, от дрожания рук). Если динамическая характеристика СТ крутопадающая, то при колебаниях длины дуги происходят незначительные изменения рабочего тока во вторичной обмотке трансформатора: дуга горит стабильно, сварной шов ложится ровно.

При пологопадающей или жесткой характеристике СТ: при изменении длины дуги резко меняется и рабочий ток, что меняет режим сварки - в результате дуга горит нестабильно, шов получается некачественным, работать с таким СТ вручную тяжело или вообще невозможно. Для ручной дуговой сварки необходима крутопадающая динамическая характеристика СТ. Пологопадающая применяется для автоматической сварки.

Вообще в реальных условиях как-либо измерить или количественно оценить параметры вольт-амперных характеристик, впрочем, как и многие другие параметры СТ, вряд ли представляется возможным. Поэтому на практике СТ можно делить на такие, которые сваривают лучше и которые работают хуже. Когда СТ работает хорошо, сварщики говорят: "Варит мягко". Под этим следует понимать высокое качество шва, отсутствие разбрызгивания металла, дуга все время горит стабильно, металл наплавляется равномерно. Все описанные в дальнейшем конструкции СТ реально пригодны для ручной дуговой сварки.

Режим работы СТ можно охарактеризовать как кратковременный повторяющийся. В реальных условиях после сваривания, как правило, следуют монтажные, сборочные и другие работы. Поэтому СТ после работы в дуговом режиме имеет какое-то время для охлаждения в режиме х.х. В дуговом режиме СТ интенсивно нагревается, а в режиме х.х. охлаждается, но намного медленнее. Хуже ситуация, когда СТ применяют для резки металла, что весьма распространено. Чтобы перерезать дугой толстые прутья, листы, трубы и т.д., при не слишком высоком токе самодельного трансформатора, приходится слишком перегревать СТ.

Любой аппарат промышленного изготовления характеризуется таким важным параметром, как коэффициент продолжительности работы (ПР), измеряемым в %. Для отечественных заводских переносных аппаратов массой 40-50 кг ПР обычно не превосходит 20%. Это значит, что СТ может работать в дуговом режиме не более 20% общего времени, остальные 80% он должен находится в режиме х.х.. Для большинства самодельных конструкций ПР следует принимать еще меньше. Интенсивным же режимом работы СТ будем считать такой, когда время горения дуги того же порядка, что и время перерывов.

Самодельные СТ выполняют по разным схемам: на П-, ПU- и Ш-образных магнитопроводах: тороидальные, с различными комбинациями расположения обмоток. Схема изготовления СТ и количество витков будущих обмоток главным образом определяются имеющимся в распоряжении сердечником - магнитопроводом. В дальнейшем в статье будут рассмотрены реальные схемы самодельных СТ и материалы для них. Сейчас же определим, какие обмоточные и изоляционные материалы понадобятся для будущего СТ.

Учитывая высокие мощности, для обмоток СТ применяют относительно толстый провод. Развивая во время работы значительные токи, любой СТ постепенно нагревается. Скорость нагрева зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является диаметр или площадь поперечного сечения проводов обмоток. Чем толще провод, тем лучше он пропускает ток, тем меньше он нагревается и, наконец, тем лучше он рассеивает тепло. Основной характеристикой является плотность тока (А/мм2): чем выше плотность тока в проводах, тем интенсивнее происходит разогрев СТ. Обмоточные провода могут быть медными или алюминиевыми. Медь позволяет использовать в 1,5 раз большую плотность тока и меньше греется: первичную обмотку лучше намотать медным проводом.

В промышленных аппаратах плотность тока не превышает 5 А/мм2 для медного провода. Для самодельных вариантов СТ удовлетворительным результатом можно считать и 10 А/мм2 для меди. С увеличением плотности тока резко ускоряется нагрев трансформатора. В принципе, для первичной обмотки можно использовать провод, через который потечет ток с плотностью до 20 А/мм2, но тогда СТ нагреется до температуры 60° С уже после использования 2-х3-х электродов. Если вы считаете, что сваривать вам придется немного, небыстро, и лучших материалов у вас все равно не найдется, то можно первичную обмотку намотать проводом и с сильной перегрузкой. Хотя это, конечно, неизбежно уменьшит надежность аппарата.

Кроме сечения, другой важной характеристикой провода является способ изоляции. Провод можно покрыть лаком, намотать в один или два слоя нити или ткани, которые, в свою очередь, пропитать лаком. От типа изоляции сильно зависит надежность обмотки, ее максимальная температура перегрева, влагостойкость, изоляционные качества (см. табл.1).

Таблица 1

Примечание . ПЭВ, ПЭМ - провода, эмалированные высокопрочным лаком (соответственно винифлекс и металвин), выпускаются с тонким (ПЭВ-1,ПЭМ-1) и усиленным изоляционными слоями (ПЭВ-2, ПЭМ-2); ПЭЛ - провод, эмалированный лаком на масляной основе; ПЭЛР-1, ПЭЛР-2 - провода, эмалированные высокопрочным полиамидным лаком, соответственно с тонким и усиленным слоями изоляции; ПЭЛБО, ПЭВЛО - провода на основе проводов типа ПЭЛ и ПЭВ с одним слоем, соответственно натурального шелка, хлопчатобумажной пряжи или лавсана; ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2 - провод, эмалированный высокопрочной полиуретановой эмалью, теплостойкой, с тонким и усиленным слоями изоляции; ПЛД - провод, изолированный двумя слоями лавсана; ПЭТВ - провод, эмалированный теплостойким высокопрочным полиэфирным лаком; провода типа ПСД - с изоляцией из бесщелочного стекловолокна, наложенного двумя слоями с подклейкой и пропиткой нагревостойким лаком (в обозначениях марок: Т - утоненная изоляция, Л - с поверхностным лаковым слоем, К - с подклейкой и пропиткой кремнийорганическим лаком); ПЭТКСОТ - провод, изолированный теплостойкой эмалью и стекловолокном; ПНЭТ-имид - провод изолированный высокопрочной эмалью на полиамидной основе. Под толщиной изоляции в таблице принимается разность между максимальным диаметром провода и номинальным диаметром по меди.

Наилучшей является изоляция из стеклоткани, пропитанной теплостойким лаком, однако достать такой провод сложно, а если покупать, то обойдется он недешево. Наименее желательным, но самым доступным материалом для самоделок являются обычные провода ПЭЛ, ПЭВ Dции. Такие провода наиболее распространены, их можно снять с катушек дросселей, трансформаторов отслужившего оборудования. Осторожно снимая старые провода с каркасов катушек, необходимо следить за состоянием их покрытия и слегка поврежденные участки дополнительно изолировать. Если катушки с проводом были дополнительно пропитаны лаком, их витки между собой склеились, и при попытке рассоединения затвердевшая пропитка часто срывает и собственное лаковое покрытие провода, оголяя металл. В редких случаях, при отсутствии других вариантов "самодельщики" наматывают первичные обмотки даже монтажным проводом в хлорвиниловой изоляции. Его недостатки: лишний объем изоляции и плохой теплоотвод.

Качеству укладки первичной обмотки СТ всегда следует уделять наибольшее внимание. Первичная обмотка содержит большее количество витков, чем вторичная, плотность ее намотки выше, она больше греется. Первичная обмотка находится под высоким напряжением, при ее межвитковом замыкании или пробое изоляции, например, через попавшую влагу, вся катушка быстро "сгорает". Как правило, восстановить ее без разборки всей конструкции невозможно.

Вторичную обмотку СТ наматывают единым или многожильным проводом, сечение которого обеспечивает необходимую плотность тока. Существует несколько способов решения этой проблемы. Первый можно использовать монолитный провод сечением 10-24 мм2 из меди или алюминия.

Такие провода прямоугольного сечения (обычно называемые шиной) используют для промышленных СТ. Однако в большинстве самодельных конструкций провод обмоток приходится много раз протягивать через узкие окна магнитопровода. Попробуйте себе представить, как это проделать примерно 60 раз с твердым медным проводом сечением 16 мм2. В этом случае лучше отдать предпочтение алюминиевым проводам: они намного мягче, да и стоят дешевле.

Второй способ - намотать вторичную обмотку многожильным проводом подходящего сечения в обычной хлорвиниловой изоляции. Он мягкий, легко укладывается, надежно изолирован. Правда, слой синтетики занимает лишний объем в окнах и препятствует охлаждению. Иногда для этих целей используют старые многожильные провода в толстой резиновой изоляции, которые применяют в мощных трехфазных кабелях. Резину легко удалить, а вместо нее провод обмотать слоем какого-нибудь тонкого изоляционного материала. Третий способ - можно изготовить вторичную обмотку из нескольких одножильных проводов примерно таких, которыми намотана первичная обмотка. Для этого 2-5 проводов D1,62,5 мм аккуратно стягивают вместе скотчем и используют как один многожильный. Такая шина из нескольких проводов занимает небольшой объем и обладает достаточной гибкостью, что облегчает ее укладку.

Если же нужный провод достать трудно, то вторичную обмотку можно изготовить из тонких, наиболее распространенных проводов ПЭВ, ПЭЛ D0,5-0,8 мм, хотя для этого и придется потратить час-другой. Для начала нужно выбрать ровную поверхность, где жестко установить два колышка или крючка с расстоянием между ними, равным длине провода вторичной обмотки 2030 м. Потом между ними протянуть без прогиба несколько десятков жил тонкого провода, получится один вытянутый пучок. Далее один из концов пучка отсоединить от опоры и зажать в патрон электро- или ручной дрели. На небольших оборотах весь пучок в слегка натянутом состоянии, закручивается в единый провод. После скручивания длина провода немного уменьшится. На концах получившегося многожильного провода нужно аккуратно обжечь лак и зачистить кончики каждого проводка отдельно, а потом надежно спаять все вместе. После всего провод желательно изолировать, обмотав его по всей длине слоем, например, скотча.

Для укладки обмоток, крепления провода, межрядовой изоляции, изоляции и крепления магнитопровода понадобится тонкий, крепкий и теплостойкий изоляционный материал. В дальнейшем будет видно, что во многих конструкциях СТ объем окон магнитопровода, в которые необходимо укладывать несколько обмоток толстыми проводами, сильно ограничен. Поэтому в этом "жизненно важном" пространстве магнитопровода дорог каждый миллиметр. При малых размерах сердечников изоляционные материалы должны занимать как можно меньший объем, т.е. быть как можно тоньше и эластичнее. Распространенную ПХВ изо1,6-2,4 мм в простой лаковой изоляленту можно исключить сразу из применения на греющихся участках СТ. Даже при незначительном перегреве она становится мягкой и постепенно расползается или продавливается проводами, а при значительном перегреве плавится и пенится. Для изоляции и бандажа можно использовать фторопластовые, стекло... и лакотканевые киперные ленты, а меж рядами - обычный скотч.

Скотч можно отнести к наиболее удобным изоляционным материалам. Ведь обладая клейкой поверхностью, малой толщиной, эластичностью, он достаточно теплоустойчивый и крепкий. Тем более что сейчас скотч продается почти везде на катушках различной ширины и диаметров. Катушки малых диаметров как нельзя лучше подходят для протяжки через узкие окна компактных магнитопрводов. Два-три слоя скотча между рядами провода практически не увеличивают объем катушек.

И наконец, самый важный элемент любого СТ - магнитопровод. Как правило, для самоделок используются магнитопроводы старых электроприборов, которые до того ничего общего с СТ не имели, например, крупные трансформаторы, автотрансформаторы (ЛАТРы), электродвигатели. Наиболее важным параметром магнитопровода является его площадь поперечного сечения (S), по которому циркулирует поток магнитного поля.

Для изготовления СТ подходят магнитопроводы с площадью сечения 25-60 см2 (чаще 30-50 см2). Чем больше сечение, тем больший поток сможет передавать магнитопровод, тем большим запасом мощности обладает трансформатор и тем меньшее количество витков содержат его обмотки. Хотя оптимальная площадь сечения магнитопровода, когда СТ средней мощности обладает лучшими характеристиками, 30 см2.

Существуют стандартные методики расчета параметров магнитопровода и обмоток для схем СТ промышленного изготовления. Однако для самоделок эти методики практически не пригодны. Дело в том, что расчет согласно стандартной методике ведется для заданной мощности СТ, причем только в единственном варианте. Для нее отдельно рассчитывают оптимальное значение сечения магнитопровода и количество витков. На самом деле, площадь сечения магнитопровода для той же мощности может находиться в весьма широких пределах.

Связи между произвольным сечением и витками в стандартных формулах нет. Для самодельных СТ обычно используют любые магнитопроводы, и понятно, что найти сердечник с "идеальными" параметрами стандартных методик практически невозможно. На практике приходится подбирать витки обмоток под существующий магнитопровод, выставляя тем самым требуемую мощность.

Мощность СТ зависит от ряда параметров, учесть которые в полной мере в обычных условиях невозможно. Однако важнейшими среди них являются количество витков первичной обмотки и площадь сечения магнитопровода. Соотношение между площадью и количеством витков и будет определять рабочую мощность СТ. Для расчета СТ, предназначенных для D3-4 мм электродов и работающих от однофазной сети с напряжением 220-230 В, предлагаю использовать следующую приближенную формулу, полученную мной на основе практических данных. Количество витков N=9500/S (см2). При этом для СТ с большой площадью магнитопровода (более 50 см2) и относительно высоким КПД можно рекомендовать увеличить количество рассчитанных по формуле витков на 10-20%.

Для СТ, изготавливаемых на сердечниках с небольшой площадью (меньше 30 см), возможно придется, наоборот, уменьшить на 1020% количество расчетных витков. Кроме того, полезная мощность СТ будет определяться еще рядом факторов: КПД, напряжением вторичной обмотки, напряжением питания в сети... (Практика показывает, что сетевое напряжение в зависимости от местности и времени может колебаться в пределах 190-250 В).

Немаловажное значение имеет и сопротивление линии электропередачи. Составляя всего единицы ома, оно практически не влияет на показания вольтметра, обладающего большим сопротивлением, но может сильно гасить мощность СТ. Особенно может сказывается влияние сопротивления линии в отдаленных от трансформаторных подстанций местах (например, дачи, гаражные кооперативы, в сельской местности, где линии проложены тонкими проводами с большим количеством соединений). Поэтому изначально точно рассчитать выходной ток СТ для разных условий, вряд ли возможно - это можно сделать только приблизительно. Наматывая первичную обмотку, ее последнюю часть лучше выполнить с 2-3 отводами через 20-40 витков. Таким образом, можно подрегулировать мощность, выбрав оптимальный для себя вариант, или подстроиться под сетевое напряжение. Для получения от СТ более высоких мощностей, например для работы D4 мм электродом на токах, больших 150 А, необходимо еще уменьшить количество витков первичной обмотки на 20-30%.

Но следует помнить, что с увеличением мощности возрастает и плотность тока в проводе, а значит, и интенсивность разогрева обмоток. Выходной ток СТ можно также несколько повысить увеличением количества витков вторичной обмотки, чтобы выходное напряжение х.х. повысилось с предполагаемых 50 В до более высоких значений (70-80 В).

Включив первичную обмотку в сеть, надо измерить ток х.х., он не должен иметь большое знание (0,1-2 А). (При включении СТ в сеть происходит кратковременный, но мощный скачок тока). В общем по току х.х. нельзя судить о выходной мощности СТ: он может быть разным даже для одинаковых типов трансформаторов. Однако, исследовав кривую зависимости тока х.х. от питающего СТ напряжения, можно более уверенно судить о свойствах трансформатора.

Рис.1

Для этого первичную обмотку СТ необходимо подключить через ЛАТР, что позволит плавно менять напряжение на ней от 0 до 250 В. Вольт-амперные характеристики СТ в режиме холостого хода при различных количествах витков первичной обмотки показаны на рис.1, где 1 - обмотка содержит мало витков; 2 - СТ работает при максимальной своей мощности; 3, 4 - умеренная мощность СТ. Сначала кривая тока полого, почти линейно возрастает до небольшого значения, потом скорость возрастания увеличивается - кривая плавно загибается вверх, после чего следует стремительное увеличение тока. Когда стремление тока к бесконечности происходит до точки рабочего напряжения 240 В (кривая 1), то это значит, что первичная обмотка содержит мало витков, и ее необходимо домотать (надо учитывать, что СТ, включенный на тоже напряжение без ЛАТРа, будет потреблять ток примерно на 30% больше). Если точка рабочего напряжения лежит на изгибе кривой, то СТ будет выдавать свою максимальную мощность (кривая 2, ток сварки порядка 200 А). Кривые 3 и 4 соответствуют случаю, когда трансформатор имеет ресурс мощности и незначительный ток х.х.: большинство самоделок ориентированы на этот случай. Реально токи х.х. различны для разных типов СТ: большинство лежит в интервале 100-500 мА. Я не рекомендую устанавливать ток х.х. более 2 А.

После знакомства с общими вопросами изготовления самодельных сварочных трансформаторов мы можем перейти к подробному рассмотрению реально существующих конструкций СТ, особенностей их изготовления и материалов для них. Практически все из них я собирал своими руками или же брал непосредственное участие при их изготовлении.

Сварочный трансформатор на магнитопроводе от ЛАТРов

Распространенным материалом для изготовления самодельных сварочных трансформаторов (СТ) издавна являются сгоревшие ЛАТРы (лабораторный автотрансформатор). Те, кто имел с ними дело, хорошо знают, что это такое. Как правило, все ЛАТРы имеют примерно одинаковый внешний вид: хорошо вентилируемый жестяной корпус круглой формы с жестяной или эбонитовой лицевой крышкой со шкалой от 0 до 250 В и вращающейся рукояткой. Внутри корпуса находится тороидальный автотрансформатор, выполненный на магнитопроводе значительного сечения. Именно этот сердечник-магнитопровод понадобится от ЛАТРа для изготовления нового СТ. Обычно требуется два одинаковых кольца-магнитопровода от крупных ЛАТРов.

ЛАТРы выпускались разных типов с максимальным током от 2 до 10 А. Для изготовления годятся только те СТ, размеры магнитопроводов которых позволяют уложить необходимое количество витков. Наиболее распространенным среди них, наверное, является автотрансформатор типа ЛАТР 1М, который в зависимости от провода обмотки рассчитан на ток 6,7-9 А, хотя размеры самого автотрансформатора от этого не меняются. Магнитопровод ЛАТР 1М имеет следующие размеры: внешний диаметр D=127 мм; внутренний диаметр d=70 мм; высота кольца h=95 мм; сечение S=27 см2 и массу около 6 кг. Из двух колец от ЛАТР 1М можно изготовить хороший СТ, правда, из-за малого внутреннего объема окна нельзя использовать слишком толстые провода и придется экономить каждый миллиметр пространства окна.

Существуют ЛАТРы и с более объемными кольцами-магнитопрводами, например РНО-250-2 и другие. Они лучше подходят для изготовления СТ, но менее распространены. У других автотрансформаторов, аналогичных по параметрам ЛАТР 1М, например АОСН-8-220, магнитопровод имеет внешний диаметр кольца больше, но зато меньшие высоту и диаметр окна d=65 мм. В этом случае диаметр окна необходимо расширить до 70 мм. Кольцо магнитопровода состоит из намотанных друг на друга отрезков железной ленты, скрепленной по краям точечной сваркой.

Для того чтобы увеличить внутренний диаметр окна, следует изнутри отсоединить конец ленты и отмотать необходимое количество. Но не пытайтесь отмотать за один раз. Лучше отматывать по одному витку, каждый раз отрезая лишнее. Иногда таким образом расширяют и окна более крупных ЛАТРов, хотя при этом неизбежно уменьшается площадь магнитопровода.

В начале изготовления СТ необходимо изолировать оба кольца. Особое внимание при этом обратите на углы краев колец - они острые, могут запросто разрезать наложенную изоляцию, а потом замкнуть собой провод обмотки. На углы лучше вдоль наложить какую-нибудь крепкую и эластичную ленту, например, плотную киперную или разрезанную вдоль трубку кембрик. Сверху кольца (каждое отдельно) обматывают нетолстым слоем тканевой изоляции.

Далее изолированные кольца соединяют вместе (рис.2). Кольца плотно стягивают крепкой лентой, а по бокам фиксируют деревянными колышками, также потом стянутыми изолентой сердечник магнитопровод для СТ готов.

Следующий шаг самый ответственный - укладка первичной обмотки. Обмотки данного СТ наматывают по схеме (рис.3) - первичная посредине, две секции вторичной - на боковых плечах. "Спецы", знающие этот тип трансформатора, часто называют его на своеобразном жаргоне "ушастиком" из-за круглых "чебурашкиных ушей", выступающих в разные стороны секций вторичной обмотки.

На первичную уходит около 70-80 м провода, который придется каждым витком протягивать через оба окна магнитопровода. При этом никак не обойтись без нехитрого приспособления (рис.4). Сначала провод наматывают на деревянное мотовильце и в таком виде без проблем протягивают через окна колец. Провод обмотки может состоять из кусков (даже метров по десять) если удалось достать только такой. В этом случае его наматывают частями, а концы соединяют между собой. Для этого пролуженные кончики соединяют (не скручивая) и скрепляют несколькими витками тонкой медной жилы без изоляции, потом окончательно пропаивают и изолируют. Такое соединение не дает трещин в проводе и не занимает большого объема.

Диаметр провода первичной обмотки 1,6-2,2 мм. Для магнитопроводов, составленных из колец с диаметром окна 70 мм, можно применять провод диаметром не более 2 мм, иначе останется мало места для вторичной обмотки. Содержит первичная обмотка, как правило, 180-200 витков при нормальном сетевом напряжении.

Итак, предположим, перед вами собранный магнитопровод, провод подготовлен и намотан на мотовильце. Приступаем к намотке. Как всегда на конец провода надеваем кембрик и притягиваем его изолентой к началу первого слоя. Поверхность магнитопровода имеет закругленную форму, поэтому первые слои будут содержать меньше витков, чем последующие - для выравнивания поверхности (рис.5).

Провод следует укладывать виток к витку, ни в коем случаи не допуская захлестывания провода на провод. Слои провода обязательно изолировать друг от друга. (При работе СТ сильно вибрирует. Если провода в лаковой изоляции лежат друг на друге без промежуточной изоляции, то в результате вибрации и трения друг о друга слой лака может разрушиться, и произойдет замыкание). Для экономии пространства обмотку следует укладывать как можно компактнее. На магнитопроводе из некрупных колец межслоевую изоляцию следует использовать потоньше.

Для этих целей хорошо подходят небольшие катушки скотча, которые без труда проходят в заполненные окна, а сам скотч не занимает лишнего объема. Не следует стремиться намотать первичную обмотку быстро и за один раз. Процесс этот медленный, а после укладки жестких проводов начинают болеть пальцы. Лучше сделать это за 2-3 подхода - ведь качество важнее скорости.

Когда первичная обмотка изготовлена, большая часть работы выполнена. Займемся вторичной обмоткой. Определим количество витков вторичной обмотки на заданное напряжение. Для начала включим уже готовую первичную обмотку в сеть. Ток х.х. этого варианта СТ небольшой - всего 70-150 мА, гул трансформатора должен быть еле слышен. Намотайте на одно из боковых плеч 10 витков любого провода и измерьте выходное напряжение на нем.

На каждое из боковых плеч приходится по половине магнитного потока, создаваемого на центральном плече, поэтому здесь на каждый виток вторичной обмотки приходится 0,6-0,7 В. Исходя из полученного результата, рассчитайте количество витков вторичной обмотки, ориентируясь на напряжение 50 В (около 75 витков).

Выбор материала вторичной обмотки ограничен оставшимся пространством окон магнитопровода. Тем более что каждый виток толстого провода придется протягивать по всей длине в узкое окно, и никакая "автоматизация" тут, увы, не поможет. Мне доводилось видеть трансформаторы, сделанные на кольцах ЛАТР 1М, в которые народные умельцы с помощью молотка и собственного терпения впихивали толстенный монолитный медный провод сечением "квадратов" двадцать.

Другое дело, если вы новичок в этом деле, то испытывать судьбу не стоит разматывать обратно твердую медь также трудно, как и наматывать. Легче намотать алюминиевым проводом сечением 16-20 мм2. Проще всего намотать обычным многожильным проводом 10 мм2 в синтетической изоляции - он мягкий, гибкий, хорошо изолирован, но при работе будет греться. Можно изготовить вторичную обмотку и из нескольких жил медного провода, как это было описано выше. Половину витков намотать на одно плечо, половину на другое (рис.3). Если не окажется проводов достаточной длины, можно соединить из кусков - ничего страшного. Намотав обмотки на оба плеча, нужно измерить напряжение на каждом из них, оно может отличаться на 2-3 В - сказываются несколько отличные свойства магнитопроводов разных ЛАТРов, что особо не влияет на свойства СТ. Потом обмотки на плечах последовательно соединить, но надо следить, чтобы они не оказались в противофазе, иначе на выходе получится напряжение, близкое к 0. При напряжении сети 220-230 В СТ данной конструкции должен развивать ток в дуговом режиме 100-130 А, при коротком замыкании ток вторичной цепи до 180 А.

Может оказаться, что в окна не удалось вместить все рассчитанные витки вторичной обмотки, и выходное напряжение оказалось ниже требуемого. Рабочий ток уменьшится несильно. В большей степени понижение напряжения х.х. влияет на процесс зажигания дуги. Дуга зажигается легко при напряжении х.х., близкого 50 В и выше, хотя дугу можно без особых проблем зажигать и при более низких напряжениях. Мне доводилось работать с СТ с выходом х.х. 37 В на переменном токе, и при этом качество вполне устраивало. Так что если изготовленный СТ имеет напряжение на выходе 40 В, то его вполне можно применять для работы. Другое дело, если попадутся электроды, рассчитанные на высокие напряжения, - некоторые марки электродов работают от 70-80 В.

На кольцах от ЛАТРов можно также изготовить СТ по тороидальной схеме (рис.6). Для этого необходимы также два кольца, лучше от крупных ЛАТРов. Кольца соединяют и изолируют: получается одно кольцо-магнитопровод со значительной площадью. Первичная обмотка содержит столько же витков, но ее наматывают по длине всего кольца и, как правило, в два слоя. Проблема дефицита внутреннего пространства окна магнитопровода такой схемы СТ стоит еще более остро, чем для предыдущей конструкции. Поэтому изолировать нужно как можно более тонкими слоями и материалами. Нельзя применять и толстые обмоточные провода (рекомендуемый для первичной обмотки D1,8 мм). В некоторых установках применяют ЛАТРы особенно больших размеров, только на одном кольце такого можно изготовить тороидальный СТ.

Выгодное отличие тороидальной схемы СТ - достаточно высокий КПД. На каждый виток вторичной обмотки приходится более 1 В напряжения, следовательно, "вторичка" будет иметь меньше витков, а выходная мощность выше, чем в предыдущей схеме. Однако длина витка на тороидальном магнитопроводе больше, и сэкономить на проводе здесь вряд ли удастся. К недостаткам данной схемы следует отнести сложность намотки, ограниченный объем окна, невозможность использования провода большого сечения, а также большую интенсивность нагрева. Если в предыдущем варианте все обмотки находились раздельно и хоть частично имели контакт с воздухом, то теперь первичная обмотка находится полностью под вторичной, и их нагрев взаимоусиливается.

Применить для вторичной обмотки жесткие провода 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 вместится необходимое количество витков вторичной обмотки, и на выходе СТ получится нужное напряжение. Характеристику горения дуги у тороидального СТ можно считать лучшей, чем у предыдущего трансформатора.

Иногда из нескольких колец ЛАТРов делают тороидальный СТ, но ставят их не друг на друга торцами, а перематывают железные полосы ленты из одного на другой. Для этого сначала из одного кольца выбирают внутренние витки полос - чтобы расширить окно. Кольца других ЛАТРов распускают полностью на полосы ленты, которые потом как можно плотнее наматывают на наружный диаметр первого кольца. После этого собранный единый магнитопровод очень плотно наматывают изолирующей лентой. Таким образом, получается кольцо-магнитопровод с более объемным внутренним пространством, чем у всех предыдущих. В такой можно вместить провод значительного сечения, и сделать это гораздо проще. Необходимое количество витков рассчитывают по площади сечения собранного кольца. К недостаткам этой конструкции следует отнести трудоемкость изготовления магнитопровода. Тем более что как не старайся, а вручную намотать железные полосы друг на друга также плотно, как раньше, все равно не удастся. В результате магнитопровод получается хлипким. При работе СТ железо в нем сильно вибрирует, издавая мощный гул.

Иногда "родные" обмотки ЛАТРов подгорают только с одного края на токоотводной дорожке или вообще остаются невредимыми. Тогда возникает соблазн избавить себя от лишних усилий и использовать уже готовую, прекрасно уложенную первичную обмотку одного кольца. Практика показывает, что в принципе реализовать эту идею можно, правда, польза из такой затеи будет минимальна. Обмотка ЛАТР 1М имеет 265 витков провода диаметром 1 мм. Если намотать вторичную прямо на нее, то трансформатор станет развивать непомерную для себя мощность, быстро нагреется и выйдет из строя. Ведь реально "родная" обмотка ЛАТРа может работать на небольшой мощности - только для D2 мм электродов, которым необходим ток 50-60 А. Тогда по первичной обмотке трансформатора должен протекать ток около 15 А.

Для такой мощности первичная обмотка СТ из одного ЛАТРа должна содержать около 400 витков. Их можно домотать, предварительно покрыв лаком токоотводящую дорожку и изолировав родную обмотку ЛАТРа. Можно поступить и по-другому: не доматывать витки, а погасить мощность балластным резистором, включенным в цепь первичной или вторичной обмотки. В качестве активного сопротивления можно использовать батарею параллельно соединенных мощных проволочных резисторов, например ПЭВ50...100, суммарным сопротивлением 10-12 Ом, включенных в цепь первичной обмотки. Во время работы резисторы сильно нагреваются, чтобы избежать этого, их можно заменить дросселем (реактивным сопротивлением). Дроссель намотать на каркасе 100-200-ватного трансформатора с количеством витков 200-100. Хотя СТ будет обладать значительно лучшей характеристикой, если балластный резистор (сотые доли ома) включен на выходе вторичной обмотки. Для этого используйте отрезок толстого высокоомногого провода, навитого в спираль, длину которого подберите экспериментально.

В некоторых приборах использовали ЛАТРы особенно крупных размеров, только на одном кольце от такого можно намотать полноценный СТ. В вышеописанных конструкциях приходилось использовать по два кольца: это делалось не столько из-за необходимости увеличения площади магнитопровода, сколько для уменьшения количества витков, иначе они просто не вместились бы в узких окнах. В принципе для СТ достаточно площади сечения и одного кольца: он имел бы даже лучшие характеристики, так как плотность магнитного потока была бы более близка к оптимальной. Но проблема заключается в том, что магнитопроводы меньшей площади неизбежно требуют большего количества витков, что увеличивает объем катушек и требует большего пространства окон.

Сварочный трансформатор на магнитопроводе из статора электродвигателя

От ЛАТРов перейдем к следующему распространенному источнику получения хороших магнитопроводов для СТ. Часто тороидальные СТ наматывают на материале магниторовода, взятого от вышедшего из строя крупного асинхронного трехфазного электродвигателя, которые наиболее распространены в промышленности. Для изготовления СТ подходят двигатели мощностью близкой 4кВ А и более.

Электродвигатель состоит из вращающегося на валу ротора и неподвижного статора, впрессованного в металлический корпус мотора, которые соединены двумя боковыми крышками, стянутыми между собой шпильками. Интерес представляет только статор. Статор состоит из набора пластин железа - магнитопровода круглой формы с установленными на нем обмотками. Форма магнитопровода статора не совсем кольцевая, с внутренней стороны у него есть продольные пазы, в которые и уложены обмотки двигателя.

У различных марок двигателей даже одинаковой мощности могут быть статоры с различными геометрическими размерами. Для изготовления СТ лучше подходят те, у которых диаметр корпуса побольше, а длина соответственно меньше.

Самая важная часть в статоре кольцо магнитопровода. Магнитопровод запрессован в чугунный или алюминиевый корпус двигателя. В пазы магнитопровода плотно уложены провода, которые необходимо удалить.

Сделать это лучше, когда статор еще запрессован в корпусе. Для этого с одной стороны статора все выходы обмоток обрубают под торец острым зубилом. С противоположной стороны провод обрезать не следует - там обмотки образуют что-то вроде петель, за которые можно вытянуть оставшиеся провода. С помощью монтировки или мощной отвертки изгибы петель провода поддевают и вытаскивают по несколько проводков за один раз. Торец корпуса двигателя при этом служит упором, создавая рычаг. Провода выходят легче, если их сначала обжечь.

Обжигать можно паяльной лампой, направляя струю строго вдоль паза. Надо следить, чтобы не перегреть железо статора, иначе оно потеряет свои электротехнические качества. Металлический корпус потом легко разрушить - несколько ударов хорошего молотка, и он расколется - главное в этом не перестараться.

Если кольцо магнитопровода двигателя скреплено и отделено от обмоток и корпуса, то оно плотно изолируется как обычно. Иногда можно услышать, что оставшиеся пазы обмоток надо набить железом, якобы для увеличения площади магнитопровода. Делать этого ни в коем случае нельзя: иначе свойства трансформатора резко ухудшатся, он начнет потреблять непомерно большой ток, а его магнитопровод будет сильно греться даже в режиме холостого хода.

Кольцо статора имеет внушительные размеры: внутренний диаметр порядка 150 мм, в такой можно уложить провод значительного сечения, не беспокоясь о запасе места.

Площадь поперечного сечения магнитопровода периодически меняется по длине кольца из-за пазов: внутри паза ее значение намного меньше. Именно на это - меньшее значение и следует ориентироваться при расчете количества витков первичной обмотки (рис.7).

Для примера я приведу параметры реально существующего СТ, изготовленного из статора электродвигателя. Для него использовался асинхронный двигатель мощностью 4,18 кВ А с внутренним диаметром кольца магнитопровода 150 мм, внешним - 240 мм и высотой кольца-магнитопровода 122 мм. Эффективная площадь сечения магнитопровода равна 29 см2. Набор пластин магнитопровода изначально был не скреплен, поэтому его пришлось проварить восьмью продольными швами по внешней стороне кольца. Какихлибо явно выраженных отрицательных последствий, связанных с токами Фуко, как мы того опасались, сварные швы не вызвали. Первичная обмотка тороидального СТ имеет 315 витков медного провода диаметром 2,2 мм, вторичная рассчитана на напряжение 50 В. Первичная обмотка намотана в два с лишним слоя, вторичная уложена на 3/4 длины кольца. СТ в дуговом режиме развивает ток прядка 180-200 А при напряжении питания 230 В.

При намотке вторичной обмотки тороидального СТ ее желательно укладывать так, чтобы она не перекрывала последнюю часть первичной, тогда первичную обмотку всегда можно домотать или отмотать при окончательной настройке СТ.

Такой трансформатор можно намотать и с разнесенными на разные плечи обмотками (рис.8). В этом случае всегда имеется доступ к каждой из них.

Сварочный трансформатор из телевизионных трансформаторов

У всех описанных выше конструкций сварочных трансформаторов есть общие недостатки: необходимость наматывать провод, каждый раз протягивая витки через окно, а также дефицит материала магнитопровода, - ведь далеко не каждый может достать кольца от ЛАТРа или подходящий статор от электродвигателя. Поэтому я разработал и изготовил СТ собственной конструкции, не требующий дефицитных материалов. Он не имеет указанных недостатков, и его легко реализовать в домашних условиях. В качестве исходного материала для данной конструкции используется очень распространенный материал - части от телевизионных трансформаторов.

В старых отечественных цветных телевизорах использовались крупные, увесистые сетевые трансформаторы, например, ТС-270, ТС-310, СТ270. Эти трансформаторы имеют U-образные магнитопроводы, их легко разобрать, отвинтив всего-то две гайки на стягивающих шпильках, и магнитопровод распадается на две половинки. У более старых трансформаторов ТС-270, ТС- 310 сечение магнитопровода имеет размеры 2х5 см, S=10 см2, а у более новых ТС-270, сечение магнитопропода S=11,25 см2 при размерах 2,5х4,5 см. При этом ширина окна у старых трансформаторов на несколько миллиметров больше.

Более старые трансформаторы намотаны медным проводом, из их первичных обмоток может пригодиться провод диаметром 0,8 мм.

Новые трансформаторы намотаны алюминиевым проводом. Сегодня это добро в массовом порядке перекочевывает на свалки, поэтому проблемы с их приобретением вряд ли возникнут. Несколько старых или сгоревших трансформаторов можно недорого купить в любой телеремонтной мастерской. Вот их-то магнитопроводы (вместе с их же каркасами) при незначительных переделках можно использовать для изготовления СТ. Для СТ понадобиться три одинаковых трансформатора от телевизоров, при этом суммарная площадь их объединенного магнитопровода будет 30-34 см2. Как их соединить между собой показано на рис.9, где 1,2,3 - магнитопроводы м каркасами от телевизионных трансформаторов. Три отдельных U-образных сердечника соединяют торцами друг к другу и стягивают теми же хомутами-каркасами. При этом выступающие за торец части металлических каркасов необходимо подрезать: на центральном магнитопроводе с обеих сторон, у боковых - лишь с одной внутренней стороны.

В результате получается единый магнитопровод большого сечения, который легко собрать и разобрать. При разборке телевизионных трансформаторов необходимо сразу же обозначить смежные стороны магнитопроводов для того, чтобы при сборке не перепутать половинки разных сердечников. Они должны состыковаться точно в том же положении, как и были собраны на заводе.

Объем окна получившегося магнитопровода позволяет использовать для первичной обмотки провод до 1,5 мм диаметром, а для вторичной шину - прямоугольного сечения 10 мм2 или многожильный провод, изготовленный из пучка тонких проводов диаметром 0,6-0,8 мм того же сечения. Это, конечно, маловато для полноценного СТ однако оправдывает себя в случаи непродолжительных работ, учитывая невысокие затраты на изготовление данной конструкции.

Обмотки наматывают на картонные каркасы отдельно от магнитопровода. Картонный каркас можно изготовить из пары "родных" каркасов трансформатора, выкинув из них с одной узкой стороны боковые щечки, а вместо этого широкие щечки склеить между собой с помощью дополнительных полос жесткого картона. При намотке внутрь картонных каркасов обязательно надо плотно вложить несколько обрезков деревянных дощечек, но только не одну, иначе ее ужмет обмотка, и она не выйдет обратно. Обмотки необходимо укладывать виток к витку, как можно плотнее. С внешней стороны, после первого слоя провода и далее через каждые два, необходимо вставлять деревянные вставки (рис.10), чтобы обеспечить зазоры и вентиляцию обмоток.

Вторичную обмотку лучше всего изготовить из шины прямоугольного сечения 10 мм2, так она займет наименьший объем. Если же шины у вас нет, и вы решили изготовить провод вторичной обмотки из пучка завалявшихся тонких проводов, как это было описано выше, то будьте готовы к возможным затруднениям с ее укладкой. В случае многожильного провода вторичной обмотки может оказаться, что она не "влезает" в положенный объем каркаса: в основном из-за коробления пружинящих витков, а лучше стянуть их не получается, так как разрушится каркас. В этом случае придется вообще отказаться от картонного каркаса.

Вторичную обмотку надо мотать на уже собранный, с установленной катушкой первичной обмотки магнитопровод, протягивая каждый ее виток через окно. На жестком магнитопроводе гибкий провод удастся стянуть значительно плотнее, чем на картонном каркасе, и в окно войдет большее количество витков.

При сборке магнитопровода особое внимание следует уделить надежности крепления и плотности прилегания отдельных половинок ПU- образного сердечника. Как уже говорилось, сопрягаемые половинки магнитопровода должны быть от одних и тех же трансформаторов и установлены теми же сторонами, что и на заводе. Под гайки стягивающих шпилек обязательно нужно подложить шайбы большого диаметра и гровера. На моем СТ первичная обмотка содержит 250 витков лакированного провода диаметром 1,5 мм, вторичная - 65 витков многожильного провода сечением 10 мм2, что обеспечивает выход 55 В при сетевом напряжении 230 В. При таких данных ток холостого хода 450 мА; ток в дуговом режиме во вторичной цепи 60-70 А; характеристика горения дуги хорошая. Собран он на основе деталей СТ-270. Сварочный трансформатор используется для работы электродом с диаметром 2 мм, устойчиво, но слабо горит на нем и "тройка".

Достоинства СТ данного типа простота в изготовлении и распространенность материала для него. Основным же недостатком является несовершенство магнитопровода, имеющего сжатый зазор между двумя половинками. При заводском изготовлении у трансформаторов такого типа зазоры магнитопровода заполняются специальным наполнителем. В домашних условиях их приходится стягивать "в сухую", что, конечно же, ухудшает характеристику и КПД трансформатора. В окно небольшого объема не удается уложить толстые провода, что сильно снижает коэффициент продолжительности работы СТ. Надо отметить, что греется первичная обмотка у этого СТ сильнее, чем, например, обмотка с таким же проводом у СТ на ЛАТРах - "ушастике". Здесь сказывается, во-первых, большое количество витков обмоток и, вероятно, несовершенство магнитной системы трансформатора. Тем не менее СТ можно с успехом использовать в подсобных целях, особенно для сваривания тонкого автомобильного металла. Он отличается особенно компактными размерами и небольшой массой - 14,5 кг.

Другие типы сварочных трансформаторов

СТ кроме специального изготовления можно получить, переоборудовав готовые трансформаторы различного назначения. Мощные трансформаторы подходящего типа применяют для создания сетей с напряжением 36, 40 В, обычно в местах с повышенной пожароопасностью, влажностью и для других нужд. Для этих целей используют разные типы трансформаторов: разных мощностей, включаемых в 220, 380 В по одно- или трехфазной схеме. Наиболее мощные из переносных типов имеют, как правило, мощность до 2,5 кВ.А. Провод и железо таких трансформаторов подбирают по мощности, из расчета работы в длительном режиме (плотность тока 2-4 А/мм2), поэтому они имеют значительные сечения. В режиме дуговой сварки трансформатор способен развивать мощность в несколько раз выше номинальной, а его провод безбоязненно переносит кратковременные перегрузки тока.

Если вы имеете мощный однофазный трансформатор с клеммами для включения на 220/380 В и выход 36 В (возможно 12 В), то проблем с его подключением нет. Возможно придется домотать несколько витков вторичной обмотки для повышения выходного напряжения. Подходят трансформаторы с диаметром провода первичной обмотки около 2 мм, имеющие площадь магнитопровода до 60 см2.

Существуют трансформаторы на напряжение 36 В, предназначенные для включения в трехфазную сеть 380 В. Для переоборудования хорошо подходят трансформаторы мощностью 2,5 кВ.А, а мощностью 1,25 и 1,5 кВ.А можно использовать только в кратковременном режиме, так как их обмотки при значительных перегрузках быстро перегреваются.

Для использования трехфазных трансформаторов от однофазной сети 220 В, их обмотки необходимо соединить между собой по-другому. Тогда при хорошем напряжении в сети мощности полученного СТ будет достаточно для работы электродом D4 мм.

Изготовлены трехфазные трансформаторы на Ш-образном магнитопроводе с сечением одного плеча не менее 25 см2 (рис.11).

На каждом плече намотано по две обмотки - внутри первичная и вторичная поверх нее. Таким образом, трансформатор имеет шесть обмоток. Для начала необходимо отключить обмотки от предыдущей схемы и найти начало и конец каждой. Катушки среднего плеча в данном случае не понадобятся вообще работать будут только обмотки на крайних плечах. Две первичные обмотки с крайних плеч нужно соединить между собой параллельно. Ввиду того что магнитный поток должен циркулировать в магнитопроводе в одном направлении, то катушки на противоположных плечах должны создавать потоки в противоположные стороны относительно, например, оси центрального плеча: одна вверх, другая вниз. Так как катушки намотаны одинаково, то токи в них должны течь в противоположных направлениях. Значит, параллельно соединять их нужно разными концами: начало 1-й соединить с концом 2-й, конец 1-й с началом 2-й (рис.12).

Вторичные обмотки соединяют последовательно между собой концами либо началами (рис.12). Если обмотки подключены правильно, то выходное напряжение х.х. должно не намного превышать 50 В.

Трансформаторы данного типа часто встроены в удобный металлический корпус с ручками и откидной крышкой. Переоборудование их в сварочные аппараты весьма распространено.

Большинство промышленных однофазных СТ изготовлены по П-образной схеме, магнитопровод которых собран из набора прямоугольных пластинок соответствующей длины и ширины. Обмотки на П-образном магнитопроводе можно располагать по двум вариантам: в первом (рис.13,а) трансформатор обладает большим КПД, во втором (рис.13,б) СТ легче изготовить, а потом в случае необходимости добавить или убрать какое-то количество витков в уже собранном трансформаторе. В этом случае трансформатор легче ремонтировать, так как сгорает только одна обмотка, а вторая обычно остается целой. При использовании схемы (рис.13,а), при возгорании одной обмотки, всегда обугливается и вторая.

Если есть подходящие пластинки из трансформаторного железа, то СТ на П-образном магнитопроводе легко изготовить самостоятельно. Обмотки наматывают отдельно на каркас, а потом устанавливают на собираемый магнитопровод. Как собран П-образный магнитопровод, проще всего увидеть, разобрав любой небольшой трансформатор аналогичной конструкции. В больших трансформаторах пластины устанавливают не через одну, а пакетами по 3-4 штуки, так быстрее.

Магнитопровод для СТ можно использовать, например, от П-образных трансформаторов, снятых со старого оборудования, если у них достаточны объем ока б на и сечение магнитопровода. Но, как правило, большинство приборных трансформаторов обладают ограниченными размерами. Имеет смысл собрать из двух одинаковых трансформаторов один магнитопровод, увеличив, таким образом, площадь сечения. Увеличение сечения магнитопровода дает выигрыш в витках: их теперь придется наматывать значительно меньше. А чем меньше витков, тем в меньшее по объему окно можно установить обмотки. Разумный предел 5060 см2.

СТ можно изготовить на Ш-образном магнитопроводе при условии, что в его окна поместится нужное количество витков толстых обмоточных проводов. Автор изготовил СТ из магнитопроводов двух одинаковых Ш-образных трансформаторов с внешними размерами Ш-образной пластинки 122х182 мм и размерами окна 31х90 мм. Площадь сечения сложенного из набора пластин от двух трансформаторов магнитопровода превысила 60 см2, что дало возможность до минимума снизить число витков его обмоток. Впритык вошла первичная обмотка из 176 витков провода D1,68 мм и вторичная в два провода D2,5 мм с выходным напряжением 46 В. При сетевом напряжении 235 В СТ развил ток дуги 160 А, хотя грелся при этом больше, чем хотелось бы...

Как правило, сложенные из пластин сердечники промышленных трансформаторов можно легко разобрать: снять старые провода и намотать новые обмотки несложно. Иногда имеет смысл сначала установить на Ш-образный магнитопровод вторичную обмотку (низкого напряжения), а поверх нее - первичную (высокого напряжения). Характеристики СТ от этого не ухудшаются, но зато удается избежать многих проблем. Количество витков вторичной обмотки может быть весьма приблизительным, ориентированным на 40-60 В. Подбирать же, подстраивая СТ под нужную мощность, придется витки первичной обмотки. Так, рассчитав и уложив сначала обмотку низкого напряжения, ориентируясь примерно на 50 В, потом можно всегда снять или добавить определенное количество витков с верхней первичной обмотки уже готового СТ.

В отслуживших "свой век" агрегатах и оборудовании можно встретить довольно мощные и крупные трансформаторы.

Для стационарных трансформаторов никогда не используются предельные возможности ни железа, ни обмоточных проводов - все делается с запасом. Провода часто имеют значительные сечения, так как рассчитаны на плотность тока в 3-4 раза меньше, чем допустимая для СТ. 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. В этом случаи можно оставить первичную обмотку полностью или частично отмотать, а все вторичные снять, намотав на их место одну толстым проводом. Если же непригодна и первичная обмотка, но сам магнитопровод подходит для изготовления СТ, то придется намотать все обмотки.

В оборудовании чаще используются невысокие напряжения - 12; 27 В. Поэтому мощные, намотанные толстым проводом, трансформаторы могут иметь выход 2х12 В, 27 В и другие, которые явно недостаточны для применения в качестве СТ. Если имеется два таких трансформатора, то их можно объединить, не переделывая, в один сварочный. Для этого первичные обмотки включают параллельно, а вторичные соединяют последовательно, и их напряжения суммируют.

Может оказаться, что такой объединенный СТ будет обладать плохой, близкой к жесткой, характеристикой. Для исправления характеристики необходимо включить 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 СТ, зато позволит работать в ручном режиме.

Регулировка тока сварочного трансформатора

Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока.

Существуют различные способы регулировки тока СТ. Легче всего еще при намотке обмоток сделать их с отводами и, переключая количество витков, изменять ток. Однако использовать такой способ можно разве что для подстройки тока, нежели его регулировки в широких пределах. Ведь, чтобы уменьшить ток в 2-3 раза, придется слишком увеличивать количество витков первичной обмотки, что неизбежно приведет к падению напряжения во вторичной цепи.

В промышленных аппаратах используют разные способы регулировки тока: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов; изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования и др.; применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов; использование тиристорных, симисторных и других электронных схем регулирования мощности. Большинство промышленных схем регулирования мощности слишком сложны для полноценной реализации на самодельных СТ. Рассмотрим упрощенные, реально используемые в самодельном исполнении способы.

В последнее время некоторое распространение получили тиристорные и симисторные схемы регулировки мощности.

Обычно симистор включают в цепь первичной обмотки, тиристор можно использовать только на выходе. Регулирование мощности происходит способом периодического отключения на фиксированный промежуток времени первичной или вторичной обмотки СТ на каждом полупериоде тока; среднее значение тока при этом уменьшается. Естественно, ток и напряжение после этого имеют не синусоидальную форму. Такие схемы позволяют регулировать мощность в широких пределах. Человек, разбирающийся в радиоэлектронике, может изготовить такую схему самостоятельно, хотя это весьма непросто.

В разных журналах можно встретить множество очень простых схем с тем же принципом работы, состоящих всего из нескольких деталей. Предназначены они в основном для регулировки накала лампочек и электронагревательных приборов. В качестве регуляторов мощности для СТ эти схемы малопригодны. Большинство из них работают неустойчиво: их шкалы не линейны, а калибровка меняется с изменением напряжения сети, ток через тиристор постепенно увеличивается во время работы из-за нагрева элементов схемы, кроме того, обычно сильно гасится выходная мощность СТ даже при максимальном положении отпирания регулятора.

Не удивляйтесь, если при подключении симисторной схемы к первичной обмотке СТ начинает "стучать" уже на х.х. Стук этот слышен в прямом смысле слова, причем у СТ, до того работавших на х.х. практически бесшумно. Это и неудивительно, ведь при каждом отпирании симистора происходит мгновенное нарастание напряжения, вызывающего мощные кратковременные импульсы ЭДС самоиндукции и скачки потребляемого тока. Промышленные аппараты, намотанные толстым проводом в надежной изоляции, переносят этот изъян питания без каких-либо последствий. Для "хилых" самодельных конструкций я бы не рекомендовал использовать симистор по первичной обмотке.

Для самодельных конструкций лучше использовать симисторный или тиристорный регулятор в цепи вторичной обмотки. Это избавит СТ от лишних нагрузок. Для этого подойдет почти та же схема, но с более мощным прибором, хотя процесс горения дуги несколько ухудшается при использовании регуляторов данного типа. Ведь теперь при уменьшении мощности дуга начинает гореть отдельными все более кратковременными вспышками. Такой способ регулировки тока из-за сложности изготовления и низкой надежности не получил распространения для самодельных СТ.

Самое широкое распространение получил очень простой и надежный способ регулировки тока с помощью включенного на выходе вторичной обмотки балластного сопротивления. Его сопротивление составляет порядка сотых, десятых долей ома, и его подбирают экспериментально.

Для этих целей издавна применяют мощные проволочные сопротивления, использовавшиеся в подъемных кранах и троллейбусах, или отрезки спиралей ТЭНов (теплоэлектронагреватель), куски толстой высокоомной проволоки. Несколько уменьшить ток можно даже с помощью растянутой дверной пружины из стали. Балластное сопротивление можно включать стационарно (рис.14) или так, чтобы потом можно было относительно легко выбрать нужный ток. Большинство проволочных резисторов большой мощности изготовлены в виде открытой 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 зажимом, который легко перебросить по длине спирали сопротивления, выбирая нужный ток (рис.15). Промышленность выпускает для СТ специальные магазины сопротивлений с переключателями и мощные реостаты. К недостаткам такого способа регулировки надо отнести громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении.

Но зато балластные сопротивления, хоть и обладая часто грубой и примитивной конструкцией, улучшают динамическую характеристику СТ, сдвигая ее в сторону крутопадающей. Попадаются СТ, которые без балластного сопротивления работают крайне неудовлетворительно.

В промышленных аппаратах регулировка тока с помощью включения активного сопротивления из-за их громоздкости и нагрева не нашла распространения. Зато очень широко применяют реактивное шунтирование - включение во вторичную цепь дросселя. Дроссели имеют разнообразные конструкции, часто объединенные с магнитопроводом СТ в одно целое, но сделаны так, что их индуктивность, а значит, реактивное сопротивление регулируется в основном перемещением частей магнитопровода.

Заодно дроссель улучшает процесс горения дуги. Из-за конструктивной сложности дроссели во вторичной цепи самодельных СТ не применяют.

Регулировка тока во вторичной цепи СТ связана с определенными проблемами. Так, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости. Кроме того, 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, переключатели для которых являются ширпотребом. Последовательно с первичной обмоткой можно включать активные и реактивные сопротивления. Только в этом случае сопротивления резисторов и индуктивности дросселей 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 (рис.16), можно добиться комбинации 0; 4; 6; 10 Ом. Вместо резисторов, которые при работе будут сильно нагреваться, можно установить реактивное сопротивление дроссель.

Дроссель можно намотать на каркасе от трансформатора 200-300 Вт, например от телевизора, сделав отводы через каждые 40-60 витков, подключенные к переключателю (рис.17). Погасить мощность можно, включив в качестве дросселя вторичную обмотку какого-нибудь трансформатора (200-300 Вт) с вторичной обмоткой, рассчитанной 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 нее надо набить пакет прямых пластин из трансформаторного железа. Необходимое реактивное сопротивление подбирается в зависимости от толщины пакета, ориентируясь по сварочному току СТ.

Например: дроссель, изготовленный из катушки, содержащей предположительно около 400 витков провода диаметром 1,4 мм, набит пакетом железа с общим сечением 4,5 см2, длиной, равной длине катушки, 14 см. Это позволило уменьшить ток СТ до 120 А, т.е. примерно в 2 раза. Дроссель такого типа можно сделать и с плавно регулируемым реактивным сопротивлением. Надо изготовить конструкцию для регулировки глубины ввода стержня сердечника в полость катушки (рис.18, где 1 - сердечник; 2 - фиксатор; 3 - катушка). Катушка без сердечника обладает ничтожным сопротивлением, при полностью введенном стержне ее сопротивление максимально. Дроссель, намотанный подходящим проводом, мало греется, но у него сильно вибрирует сердечник. Это надо учитывать при стяжке и фиксации набора пластин железа.

Надо отметить, что для трансформаторов с небольшими токами х.х. (0,1...0,2 А) вышеописанные сопротивления в цепи первичной обмотки практически не влияют на выходное напряжение х.х. СТ, и это не сказывается на процессе зажигания дуги. У СТ с током х.х. 1-2 А при внесении в первичную цепь балластного сопротивления выходное напряжение уменьшается уже ощутимо. По своему опыту могу сказать, что каких-либо выраженных отрицательных явлений на зажигание и горение дуги добавленные последовательно первичной обмотке активные и реактивные сопротивления не оказывают.

Хотя качество дуги все же ухудшается, по сравнению с включением гасящего резистора в цепь вторичной обмотки.

В СТ можно также комбинировать регуляторы или ограничители тока разных типов. Например, можно использовать переключение витков первичной обмотки в комбинации с подключением добавочного резистора или по-другому.

Надежность сварочного трансформатора

Надежность сварочного аппарата зависит как от конструктивных факторов, так и от режима и условий эксплуатации. Надежные, тщательно изготовленные трансформаторы работают многие годы, без проблем выдерживая непродолжительные перегрузки и изъяны в эксплуатации. Легкие переносные конструкции, с проводами в лаке, да еще развивающие непомерную для себя мощность, как правило, долго не живут. Они постепенно изнашиваются так же, как, например, со временем изнашивается одежда или обувь. Хотя, учитывая значительные объемы выполненных работ и невысокие затраты на их изготовление, это вполне оправдывает их существование.

Злейшими врагами СТ являются перегрев и проникновение влаги. Самым действенным средством против перегрева являются надежные обмоточные провода с плотностью тока не более 5-7 А/мм2. Что бы провод быстро охлаждался, он должен иметь хороший контакт с воздухом. Для этого в обмотках делают щели (рис.19).

Сначала наматывают первый слой и с внешних сторон вставляют деревянные или гетинаксовые планки толщиной 5-10 мм, потом планки вставляют через каждые два слоя провода: так каждый слой имеет контакт с воздухом с одной стороны. Если СТ устанавливают без обдува, то щели должны ориентироваться вертикально. Тогда через них постоянно будет циркулировать воздух: теплый поднимается вверх, а снизу засасывается холодный. Еще лучше, если СТ постоянно обдувается вентилятором. Вообще-то принудительный обдув мало влияет на скорость нагрева трансформатора, зато заметно ускоряет его охлаждение.

Быстрее всего нагреваются и хуже всего охлаждаются тороидальные трансформаторы. У сильно греющегося СТ даже мощный обдув не решит этой проблемы, и здесь придется удерживать температуру обмоток умеренным режимом работы. Также на охлаждаемость трансформатора влияет количество витков обмоток: чем меньше витков, тем она выше.

Кроме объективных и вполне понятных причин выхода сварочных трансформаторов из строя, в основном связанных с несовершенством конструкции, я на основании своего опыта хочу отметить еще один, вроде бы неявный, но тем не менее весьма распространенный способ: как угробить СТ.

Причиной в этом случае, как ни странно, является падение напряжения в электросети... СТ перестает нормально сваривать, если сетевое напряжение сильно падает или же линия электропередачи имеет значительное собственное сопротивление порядка нескольких ом. К сожалению, и первое, и второе распространено у нас повсеместно.

Если при упавшем напряжении можно хоть точно выяснить причину, взяв вольтметр и измерив напряжение, то во втором случае дело обстоит сложнее: высокоомный вольтметр не чувствует сопротивления линии в несколько ом и показывает нормальное напряжение, зато эти несколько ом могут запросто наполовину погасить мощность СТ, собственное сопротивление которого в дуговом режиме незначительно. Но при чем же здесь падение мощности к "сгоранию" СТ? А дело вот в чем. Когда владелец "сварки", порядком намучившись с неработающим от сети 220 В аппаратом, понимает, что ничего изменить он не в силах, а работать ой как надо: пропадает заработок или идет строительство, стынет раствор,... то в таких случаях очень часто аппарат включают в сеть на 380 В.

Дело в том, что вся разводка обычно делается от трехфазной линии: "нуль" и три "фазы". Если подключить к "нулю" и одной "фазе" - фазное напряжение, то это и есть привычные 220 В. Если же подключиться к "фазе" и "фазе" - линейное напряжение, то с двух проводов будет сниматься 380 В. А именно так делают нерадивые сварщики с однофазными аппаратами, рассчитанными на 220 В.

При этом СТ начинает отлично работать, правда, очень часто весьма недолго. "Палят" так как слабые самодельные конструкции, так и надежные промышленные аппараты. А все ведь очень просто: если напряжение в общей электросети падает, например, на 50 В, и от 170 В аппарат не хочет работать, то между "фазами" при этом тем не менее остается 330 В, что убийственно для любого СТ...

Часто владельцы сварочных аппаратов просто ленятся лишний раз переносить свои "сварки": ведь масса немалая, и те остаются на улице, мокнут под дождем, их засыпает снегом... После такого отношения межвитковое замыкание дело вполне обычное, обмотки СТ "сгорают", и вся конструкция выходит со строя.

Но все же основным врагом СТ является перегрев. Ну а если предстоит сваривать много и быстро, а СТ намотан не ахти какими проводами и катастрофически быстро греется,... можно предложить одно кардинальное средство борьбы с перегревом.

Перегрева можно не бояться, если весь трансформатор полностью погрузить в трансформаторное масло. Обладая значительной теплопроводностью, масло не только отводит тепло из обмоток, но и является дополнительным изолятором. В простейшем виде это ведро с маслом с утопленным в нем СТ, откуда выходят только четыре провода, такое "чудо" иногда можно увидеть на дворах в сельской местности. Немного трансформаторного масла можно слить, например, из старых холодильных агрегатов. Хотя в народе говорят, что в случае крайней необходимости подойдут и другие типы, вплоть до подсолнечного... Насчет подсолнечного не знаю, сам не проверял.

Другим важным элементом конструкции СТ является внешний корпус. При установке СТ в корпус особое внимание надо уделять его материалу и возможности протока воздуха для охлаждения, при этом верх должен быть закрыт, предохраняя трансформатор от дождя. Корпусы или хотя бы некоторые их части лучше делать из не магнитных материалов (латунь, дюраль, гетинакс, пластмассы). СТ создает мощное магнитное поле, что притягивает к нему стальные элементы. Если корпус сделан из жести или напротив оси первичной обмотки привинчены стальные панели, то при работе вся эта конструкция будет втягиваться внутрь и вибрировать. Звук при этом иногда бывает такой, что его можно сравнить разве что с работой пилы мощной "циркулярки". Поэтому устанавливать СТ можно либо в цельновыгнутый жесткий стальной корпус, который не так поддается вибрациям, или делать панели напротив хотя бы первичной обмотки из немагнитных материалов.

В корпус можно установить вентилятор или сделать его герметичным и залить трансформаторным маслом.

И наконец, последняя рекомендация. Если вы все же изготовили СТ, но являетесь новичком в сварочном деле, то для его испытаний лучше пригласить специалиста. Сварка - дело весьма непростое, и у человека без опыта вряд ли что-то получиться сразу. Обязательно приобретите или изготовьте маску с номером стекла С-4 или Э2. Электрическая дуга издает мощное ультрафиолетовое излучение, которое отрицательно влияет на кожу и в первую очередь на глаза. При поражении глаз в поле зрения появляется желтое пятнышко, которое потом постепенно исчезает, говорят "словить зайчик".

Если вы успеете "словить" подряд сразу два таких "зайчика", то немедленно прекращайте все эксперименты с электрической дугой. При появлении перед глазами нескольких "зайчиков", они, как правило, потом исчезают, и человек успокаивается, однако позже, через несколько часов, это явление чревато такими последствиями, которые на себе лучше не испытывать.

Сварочный аппарат нельзя назвать инструментом первой необходимости дома, как например отвертку или молоток. Однако бывают ситуации, когда сварочный аппарат бывает действительно необходимым. В данном материале мы рассмотрим способ сборки простого сварочного аппарата в домашних условиях.

Предлагаем в первую очередь просмотреть видеоролик по изготовлению сварочного аппарата

Итак, нам понадобится:
- емкость для воды;
- соль;
- вода;
- две металлические пластины;
- провод с вилкой;
- два провода;
- сварочный электрод.

По утверждению автора самоделки , процесс создания отнимает всего 15 минут, так что давайте не терять время зря и перейти к изготовлению самодельного сварочного аппарата. Первым делом нам необходимо взять одну металлическую пластину и прикрутить к ней один из двух проводов.

Повторяем процесс со второй пластинкой и вторым проводом.

Следующим делом засыпаем в воду две столовых ложки соли и хорошенько размешиваем все.

В получившуюся смесь погружаем две пластинки и проводами, накрученными на них.

В целях безопасности металлические пластинки советуется закрепить прищепками.

Пластины фактически позволяют регулировать ток сварки. Как именно это работает? Чем глубже мы погружаем пластинки, тем больше получаем ток.

Один провод, идущий от одной из пластинок, мы должны подключить к фазу, а второй провод – к сварочному электроду.

Также берем нулевой провод и подсоединяем к предмету, который нам необходимо варить.

Возникает вполне логический вопрос – как можно определить, где фаза и где ноль, если по каким-то причинам дома нет специальных аппаратов по измерению. Есть старый верный способ: нужно всего лишь прикоснуться проводом до земли. Тот провод, который будет искрить при касании с землей, то и является фазовый.

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

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.

Итог

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