Выпрямитель сварочный – как рассчитать и собрать своими руками?

Диод представляет собой полупроводниковый агрегат с разной проводимостью, определяемой прикладываемым напряжением. Он имеет два вывода: катод и анод. Если подается прямое напряжение, то есть на аноде в сравнении с катодом потенциал положителен, агрегат открыт.

Если напряжение отрицательно, он закрывается. Такая особенность нашла применение в электротехнике: диодный мост активно используется в сварочном деле для выпрямления переменного тока и улучшения качества сварных операций.

Виды аппаратов, их особенности

Сварочный выпрямитель своими руками

Самодельный сварочный выпрямитель нужен для эффективного питания бытовой конструкции или производственной с небольшими объёмами работ и рабочих циклов.

В промышленности применяют более мощную аппаратуру, действия с ней, не образуют пауз во время сварки.

В этот период происходит остывание раскалённых деталей, снижается скорость выполнения процедуры, что не мешает для домашних приспособлений.

Эти изделия состоят из элементов:

• трансформатора
• конденсаторного блока
• выпрямителя

Приступая к созданию сварочного прибора мастеру нужно определиться с направлением работ, их размерами.

От объема производства, количества соединений зависят:

• подбор нужных электродов
• системные параметры
• материальная характеристика

Сборщик, подобрав нужную схему и материалы, выполнив поэтапно сборку аппарата, добьётся необходимых показателей в системе.

Конструкция аппарата для сваривания

Устройство самодельной сварки.

Выпрямитель устройства представляет собой своеобразную этажерку, изготовленную из алюминиевых пластин, которая стягивается шпильками. Каждая пара диодов, входящих в конструкцию выпрямителя, зажимается между пластинами толщиной в 1 мм и размерами 44 х42 мм.

Транзистор, конденсаторы, тиристоры, стабилитроны, диоды и резисторы монтируются на стеклотекстолитовой плате.

В конструкцию сварочного агрегата входят следующие элементы:

• переключатель пакетный, рассчитанный на 16 и более ампер;
• вентилятор;
• диоды, рассчитанные на работу при токе в 16 и более ампер;
• конденсаторы, рассчитанные на работу при напряжении 400 и более вольт;
• конденсаторы, рассчитанные на работу при напряжении 1000 и более вольт;
• тиристоры КУ221 А, устанавливаемые для их охлаждения на радиатор;
• диоды КД13А или КД2997А, монтируемые на радиаторах с тиристорами;
• резисторы марки С5-16 или более мощные;
• винты, шайбы необходимые для сборки аппарата;
• пластины алюминия.

Читать также: Подключение светодиодной ленты на кухне через выключатель
Для проведения монтажных работ потребуются следующие инструменты:

• паяльник;
• плоскогубцы;
• отвертка, нож, ножовка;
• молоток;
• дрель.

Сварочный агрегат, изготовленный с помощью этих элементов можно использовать для проведения сварочных работ в домашнем хозяйстве. Он с легкостью осуществляет сваривание большинства металлических изделий.

Если у вас есть необходимость выполнения каких-нибудь несложных сварочных работ для бытовых нужд, вовсе не обязательно приобретать дорогостоящий заводской агрегат. Ведь если знать некоторые тонкости, можно без труда собрать сварочный аппарат своими руками, о чем и пойдет речь ниже.

Что хорошего в приборе и что мешает

Как переделать сварочный аппарат переменного тока в постоянный — на этот вопрос мастеру ответит нужная полупроводниковая схема с устройством выпрямителя:

• Лучшими показателями обладает трёхфазная система, она позволяет использовать мощность сети до 380 В.
• На подобном оборудовании работают там, где нужен большой непрерывный процесс, чтобы в этот временной промежуток, не прерываясь, сваривать крупные стальные детали. С помощью этих мощных аппаратов можно производить ворота, контейнеры, любые хозяйственные металлические сооружения.
• Такой инструмент пригодится в основном не на частном хоздворе, а для малого бизнеса и реализации изготовленных изделий. Все потому, что это громоздкие и тяжелые конструкции, в отличие от приспособлений с меньшим количеством фаз, нуждаются в дополнительных установках для перемещения аппарата.

В подобной системе трансформатор способен снизить массу, но его сердечник нужно уметь самостоятельно намотать или купить готовый с необходимыми параметрами.

Преимущества и недостатки

Сварочный полуавтомат ресанта саипа 165: описание и отзывы
Устройства отличаются большой мощностью при небольшом размере. Самые компактные – инверторы. Эти генерирующие устройства принято выделять в отдельную группу. В них трансформатор занимает не больше 1/5 объема.

Основное отличие других сварочных выпрямителей от трансформаторов – способность генерировать постоянный ток вместо переменного. С этой способностью связаны основные достоинства выпрямителей:

• когда на плавящийся электрод подается однополярный заряд, он быстрее разгорается,
• снижаются энергопотери – КПД трансформатора намного ниже,
• горение дуги стабилизируется,
• при равномерном плавлении стержня в ванне расплава возникает меньше брызг, снижается травматизм, риск случайных возгораний,
• шов удобнее контролировать, он получается ровный,
• расширяются возможности сварки,
• расход присадочных материалов уменьшается, при большом объеме работ экономия ощутима.

Наряду с достоинствами у большинства выпрямителей есть недостатки:

• потери мощности все же есть,
• при «просадке» напряжения сети они хуже работают,
• способны выйти из строя даже при коротких замыканиях в электроснабжающей сети,
• многие модели боятся влажности, запыленности.

Требования для конструктивной сборки

Схема для простого выпрямителя не представляет особой сложности, понадобятся проводники, пропускающие электрический поток и направленные в нужную сторону.

Схема сварочного выпрямителя

Электродетали следует подготовить из следующей комплектации:

• диодов — они позволяют работать схеме без управляющих блоков
• тиристоров, подающих сигналы на элементы для хорошего прохождения электрических
• потоков, при их уменьшении закрываются вентили
• транзисторов, управляющих всеми процессами с напряжением
• резисторов, позволяющих регулировать ток

Чтобы электрические элементы дольше служили в эксплуатации, их подбирают с высокими параметрами, при этом следят, чтобы фактический ток был в цепи меньше заданного по номиналу.

Сборка сварочного выпрямителя происходит с помощью следующих предметов:

• трансформатора
• диода
• радиатора
• дросселя
• электрода
• конденсатора
• керамического сердечника
• никелиновой проволоки

Собранную полупроводниковую схему в виде диодного выпрямителя устанавливают с радиатором, обеспечивающим теплообмен и охлаждение. Дросселем снабжают падающую характеристику электротока, увеличенным сопротивлением или реостатом регулируют нужные параметры. Полюсы, положительный и отрицательный, подключают на электрод и объект.

Функция электролитического конденсатора в схеме служит осуществлению, сглаживающей фильтрации и снижению пульсации.

Многие специалисты самостоятельно справляются с намоткой реостатов на керамические сердечники. Используют проволоку нихромную или никелиновую. Их диаметральный подбор зависит от величины сварочных токовых потоков.

Реостатное сопротивление рассчитывают, основываясь на параметры проволоки:

• удельное сопротивление
• сечение
• длину

Регулировка сварочного тока зависит от количества витков.

Способы регулировки тока в выпрямителях

Чтобы изменять значение ампер в сварочном преобразователе предусмотрено несколько вариантов управления. Большинство выпрямителей имеют ступенчатую регулировку за счет секционированного подключения первичной обмотки. Такой переключатель ставится в виде рукоятки, с двумя или тремя положениями. Если требуется сразу повысить силу тока до возможности производить сварку толстых пластин или резку, то часть первичной обмотки «отсекается», и ток идет по укороченной схеме. Для возвращения напряжение в обратную сторону схема переключается на более длинную часть первичной обмотки, и сила тока становится меньше, что удобно для сварки тонких листов.

Кроме грубой регулировки, воздействующей на трансформатор, в выпрямителях применяется тонкая настройка при помощи дросселя насыщения. Он устанавливается между кремниевыми диодами (выпрямляющим блоком) и понижающим трансформатором. Дроссель представляет собой ряд катушек, через которые проходит напряжение. Переключая рычаг управления, изменяется длина пути тока в обмотках и его сила.

Большинство моделей преобразователя имеет рукоятку на крышке корпуса, которая приводит в движение винтовой вал и платформу со вторичной обмоткой трансформатора. Изменение расстояния между обмотками также служит способом регулировки силы тока.

Самым эффективным для изменения сварочного напряжения является тиристорный блок. Его внедрение в схему позволяет контролировать длину подачи напряжения и его воздействие на металл. Благодаря тиристорам можно моделировать жесткую, пологопадающую и крутопадающую характеристики тока.

Принцип работы однофазной мостовой схемы

Процесс протекания переменного тока можно представить в виде волны, колеблющейся с определенной частотой. Это процедура очень быстрая, которую представить можно, как в один определенный момент, проходит ток сначала в одну сторону затем в другую.

В сварке специалисты добиваются, чтобы эти перемещения осуществлялись в одностороннем порядке:

• Во вторичную обмотку трансформатора впаивают полупроводник, он осуществляет электрический пропуск в нужном направлении, что и является постоянным током. Так как переменный ток с наличием частот, своими волнами создаст паузы, которые недопустимы в рабочем процессе.
• В схеме, припаивают электродетали в обратном направлении по отношению друг к другу, тогда, и электронный поток потечет в обратную сторону.
• Если создать схему с парами элементов, направленных один к другому, получат поток из волн с колебанием от нулевого значения до максимального. Этот предел рассчитывают на возможность вторичной трансформаторной обмотки.
• Таким же способом получают колебания, снижающиеся до минимума, с момента которого начинается новый подъём. При этом вырабатывается плюс полюсного напряжения, а его минус располагается в обмотке трансформатора.
• Эту схему применяют с наличием в устройстве вывода, чтобы не разбирать обмотку, его можно создать самостоятельной намоткой. Эта конструкция славится своей экономичностью по отношению к количеству полупроводниковых элементов.
• Разделение обмотки на несколько участков позволяет пользоваться только её частью.
• Наиболее удобной и применимой у электротехников является мостовое выпрямительное сооружение. Подобный план состоит из квадрата с полупроводниками по сторонам. Одни углы у него выдают постоянный ток, другие показывают выход напряжения от трансформатора.

Этот пример имеет преимущество, он не требует создавать вывод от второй обмотки, но понадобится много полупроводниковых вентилей. Сварка будет с небольшой мощностью, для них подбирают специальных размеров электроды, и сваривают детали ограниченные в параметрах. Следует учесть, уменьшает колебания волн, при работе сварочного аппарата, параллельное включение конденсаторного приспособления.

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.

Принципиальная схема самодельного аппарата для сварки.

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.

Отличительные черты трёхфазной аппаратуры

Принцип работы прибора, собранного по электросхеме для выпрямителя, питающегося тремя сетевыми фазами, основан на наличии небольшой пульсации выходного напряжения. Волны в процессе перекрывают одна другую, не давая напряжению снизиться до нулевого значения.

Сварочную установку сооружают, включая в фазы полупроводники за трансформаторными обмотками. Выводы соединяют, получая в итоге единственный выход. Через подобный мост пропускаются разделенные надвое волны, образующие учащенную пульсацию, но с меньшей силой. В подобной конструкции понадобится вывод нуля, а трансформатор соединяют с питанием по специальной схеме.

Мастера на практике знают, что наиболее качественная работа получается с применением аппаратов, работающих на постоянном токе, обеспечивающих дугу стабильным горением с прочным швом. Чтобы получить необходимые параметры, несмотря на рост технологических открытий, появлению новшеств в приборостроении, мастера своими руками производят и по-прежнему используют, простейшие выпрямители.

Обзор видов

Классифицировать сварочные выпрямители можно по нескольким характеристикам. К примеру, они отличаются уровнем сложности и дополнительным функционалом. Преобразователи варьируются типом конструкции и способом регулировки силовых параметров.

В зависимости от типа исполнения конструкции, способны обслуживать как 1, так и несколько постов одновременно. Исходя из этого, их делят на однопостовые и многопостовые. Однопостовые модели используют сварщики-непрофессионалы. Многопостовой тип изделий применяют в промышленных условиях. За счет жесткой вольт-амперной характеристики обеспечивается неизменность напряжения каждого поста даже при холостом ходе.

Согласно основной классификации, выпрямители могут иметь регулируемый трансформатор, дроссель, тиристор, транзистор и инвертор. Транзисторные варианты работают на полупроводниках. Работа инверторных разновидностей основана на частотном повышении токовой нагрузки.

Исходя из вольт-амперных данных, сварочные преобразователи бывают не только оснащенными дросселем, но также предназначенными для ручной дуговой сварки. Они делятся на модификации автоматической и полуавтоматической сварки. При этом регулировка напряжения может быть витковой, магнитной, фазовой и импульсной.

Изделия первого типа имеют витковый реостат, служащий для изменения данных силы тока. Магнитные поля в изделиях второго типа становятся полями возбуждения либо резистентности напряжения. При фазовом регулировании используется и нулевой кабель. Импульсные типы устройств регулируются за счет осциллографа.

Классифицировать модификации можно по другим критериям. Например, они отличаются силой тока на выходе. Чем выше этот показатель, тем большей может быть толщина сварочного шва и качественней рез металла. Если устройство выдает небольшой ток, оно годится для работы с тонкими элементами.

Модели варьируются точностью регулировки. Чем выше данные показатели у конкретного устройства, тем проще работа мастера. Среди прочих критериев стоит отметить эффективность охлаждения и габариты конструкций. Что касается эффективности охлаждения, то она сказывается на долговечности изделий. В этом плане профессиональное оборудование считается лучшим.

Кроме того, их разделяют по типу вентилей, способу регулировки, схеме выпрямления, типу формирования вешней характеристики. Помимо изделия с дроссельным насыщением, они бывают с секционными обмотками трансформатора и подпиткой. При этом типы могут предназначаться не только для автоматической и полуавтоматической, но и механизированной сварки.

По типу конструкции они бывают одно-, двух- и трехфазными. Каждый тип изделия имеет свои особенности, отличается схемой и работает по-своему. Фазовое управление состоит в смене угла управления тиристоров, приводящих к смене напряжения трансформатора.

Однофазные

Изделия данного типа смонтированы на однофазном трансформаторе, который рассчитан на сеть 220В. Их масса зависит от массы понижающего трансформатора. Однополупериодный выпрямитель состоит из 1 диода-выпрямителя. На выходе получается пульсирующий постоянный ток. Эти модификации могут быть полно- или полумостовыми.

Двухфазные

Эти модификации имеют параллельное и последовательное подключение постов. Они укомплектованы двухфазным трансформатором. Благодаря этому снижается уровень пульсации тока на выходе. А это, в свою очередь, увеличивает КПД сварочного прибора, что сказывается на качестве сварного шва.

Расчет сечения проводов первичной обмотки трансформатора

Схема устройства сварочного трансформатора.

Теория трансформаторов сложна тем, что она основана на законах электромагнитной индукции и других явлений магнетизма. Однако, не используя сложный математический аппарат, можно пояснить, как работает трансформатор и можно ли его собрать самостоятельно.

Вручную трансформатор можно намотать на металлическом сердечнике, собранном из пластин трансформаторной стали. Проще выполнить намотку на стержневой или броневой сердечник, чем на тороидальный.

Сразу же следует обратить внимание, что на изображении хорошо видна разница в толщине проводов: тонкий провод расположен непосредственно на сердечнике, и в нем явно видно большее количество витков. Это первичная обмотка.

Более толстый провод и с меньшим количеством витков — это вторичная обмотка.

Не учитывая потери мощности внутри трансформатора, рассчитаем, каким должен быть ток I1 в его первичной обмотке.

Идеальное напряжение сети равно U=220 В. Зная потребляемую мощность, например, P=5 кВт, имеем:

I1 = Р:U= 5000_220=22,7 А.

По току в первичной обмотке трансформатора определяем диаметр провода. Плотность тока для бытового сварочного трансформатора должна быть не более 5 А/мм2 сечения провода. Следовательно, для первичной обмотки потребуется провод сечением S1=22,7:5=4,54 мм2.

По сечению провода определяем квадрат, его диаметр d без учета изоляции:

d2=4S/π=4×4,54/3,14=5,78.

Извлекая корень квадратный, получаем d=2,4 мм. Эти расчеты выполнены для медных жил провода. При намотке проводов с алюминиевым сердечником полученный результат необходимо увеличить в 1,6-1,7 раза.

Для первичной обмотки применяют медный провод, изоляция которого должна хорошо выдерживать высокие температуры. Это стеклотканевая или хлопчатобумажная изоляция. Подойдет резиновая и резинотканевая изоляция. Провода, имеющие ПВХ изоляцию, применять не следует.

Расчет сечения проводов вторичной обмотки трансформатора

Напряжение на выходе трансформатора сварочного аппарата в отсутствие сварочной дуги (режим холостого хода) обычно составляет 60-80 В. Чем выше напряжение холостого хода, тем надежнее зажигается дуга. Напряжение же сварочной дуги обычно в 1,8-2,5 раза меньше, чем напряжение холостого хода.

Внимание. О том, что в отсутствие дуги напряжение на выходе трансформатора опасно для жизни, необходимо помнить постоянно.

Для сварки в быту обычно используют электрод диаметром 3 мм, которому достаточно обеспечить ток дуги примерно в 150 А. При напряжении холостого хода, равном 70 В, напряжение дуги будет равно примерно 25 В, и потребляемая мощность Р сварочного аппарата должна быть не менее

Р=25×150=3750 Вт =3,75 кВт.

Целесообразно рассчитывать трансформатор на большую мощность, то есть больший ток сварочной дуги. Например, при токе дуги в 200 А потребляемая мощность составит примерно 5 кВт. Вот на такую мощность и следует рассчитать трансформатор.

Напряжение однофазной сети в доме должно быть равным 220 В, но оно может изменяться на ±22 В. Это одна из причин, из-за которой может изменяться ток дуги и потребуется его регулировать.

Сечение провода во вторичной обмотке трансформатора определяют исходя из плотности тока, равной 5 А/мм2. Для тока в 200 А сечение провода равно 40 мм2, то есть это может быть только шина, которую наматывают с послойным изолированием. По существующим типовым размерам можно подобрать требуемую шину и по длине, и по поперечному сечению.

Типовые размеры медных шин, выпускаемых промышленностью:

• длина от 0,5 до 4 м с интервалом 0,5 м;
• ширина от 2 до 60 см с интервалом 1 см (при ширине от 4 до 10 см) и с интервалом 5 см (при ширине от 10 до 60 см);
• толщина от 3 до 10 мм.

Можно воспользоваться и многожильным проводом, сечение которого соответствует рассчитанному значению. Для увеличения сечения провод можно сложить вдвое или втрое. Для алюминиевого провода сечение необходимо увеличить в 1,6-1,7 раза.

Для дросселя, который включают на выходе трансформатора, сечение провода должно быть таким же, как и во вторичной обмотке трансформатора.

Инвертор (импульсный блок питания для сварки)

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

Рассматриваемый инвертор имеет следующие характеристики:

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

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

Конструктивно инвертор состоит из трех элементов:

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

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

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

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

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.

Для какого вида сварки используются

C помощью этого оборудования производится большинство сварочных технологий. Они включают сварку ММА (ручная дуговая с электродом с покрытием), MIG (сварка плавлением в среде защитного газа), TIG ( аргонно-дуговая сварка неплавящимся электродом). Использование выпрямителей дает возможность сваривать не только черные металлы, но и нержавеющие, жаропрочные и жаростойкие высоколегированные стали, чугуны, цветные металлы, алюминиевые и титановые сплавы.

Какие электроды используются

Сварка может производиться электродами любых типов:

• сварочными электродами постоянного тока (например: УОНИИ-13/55 или УОНИ-13/55);
• универсальными электродами (например: АНО-4, МР-3 или ОЗС-12);
• специальными электродами.

Сборка сердечника

Итак, провода выбраны и подготовлены. Теперь нам нужно собрать тот самый сердечник. На изображении ниже показан идеальный по всем параметрам сердечник для самодельного трансформатора. Он стержневого типа.

Для сборки вам понадобятся пластинки, изготовленные из электротехнической стали. Оптимальная толщина одной пластинки — не менее 0.35 и не более 0.55 мм. А необходимый размер сердечника (a, b, c, d на рисунке выше) рассчитывается отдельно исходя из сечения провода. Но многие умельцы выбирают размеры «на глаз». Главное, чтобы все витки поместились.

Теперь приступаем к сборке сердечника. Возьмите пластины (они должны быть Г-образными) и складывайте в том порядке, который указан на изображении ниже. Когда вы получите сердечник достаточной толщины, скрепите все пластинки по углам с помощью болтов. Обработайте пластинки с помощью надфиля. Потом изолируйте сердечник.

Намотка

Следующий этап — намотка трансформатора. Сначала наматывается первичная обмотка. Необходимо сделать около 210-215 витков. Мотать нужно так, как указано на изображении ниже. Когда сделаете все витки, прикрепите сверху текстолитовую пластинку. На ней можно закрепить концы обмотки, используя болты.

Далее вам нужно перемотать вторичную обмотку. На ней необходимо сделать около 70 витков. Затем так же прикрепите текстолитовую пластинку и на ней закрепите концы обмотки с помощью болтов. Готово! Трансформатор можно использовать и в таком виде, а можно применить для дальнейших модификаций. На изображении ниже показан конечный вид намотанного трансформатора.

Установка

При использовании параллельной схемы соединения диодных мостов необходимо учитывать, что все они имеют некоторый разброс по параметрам.
Поэтому при подборе элементов необходимо делать это с некоторым запасом прочности. При соблюдении этого требования для сварочного аппарата можно получить диодный мост более компактный, чем при использовании одиночных диодов.

Диодные сборки позволяют размещать их на одном радиаторе, так как корпусы не находятся под напряжением. Это позволяет монтировать их в любом месте, и даже снаружи.

В зависимости от требуемого сварочного тока для выпрямителя могут потребоваться от 3 до 5 диодных сборок. Для лучшей теплоотдачи диодные мосты устанавливаются на радиатор через теплопроводящую пасту.

К контактам проводники рекомендуется подсоединяться пайкой, в противном случае могут быть потери мощности в месте контакта и его сильный нагрев.

Особенности эксплуатации

Эксплуатация сварочных выпрямителей подразумевает знание электробезопасности при обслуживании. Включать выпрямитель можно исключительно при правильном заземлении через автоматический выключатель. Необходимо пользоваться исправным сетевым кабелем с защитой-заземлением.

В ходе работы нужно пользоваться только целым сварочным кабелем. Нельзя прикасаться к токоведущим деталям открытыми участками тела. Нельзя использовать прибор не по назначению. Прежде чем включить устройство в сеть, необходимо ознакомиться с инструкцией по эксплуатации, которая может несколько варьироваться в зависимости от типа устройства и особенностей конкретной модели.

Для обеспечения качественной и продолжительной работы надлежит правильно обслуживать и своевременно ремонтировать технику

Важно проверять токопроводящие элементы на предмет целостности изоляции. Нельзя работать с устройством без специального защитного кожуха

По необходимости нужно регулировать ток в выпрямителе.

Прежде чем включить устройство в сеть, его необходимо очистить от пыли. Помимо того, надлежит проверить на соответствие с паспортной инструкцией. Далее заземляют корпус, а также зажим вторичной сети, которая идет к изделию. После нужно проверить работу вентилятора

Важно следить за исправностью контактов, тепловой защиты, дуг, деталей

Установку же устройства должен проводить квалифицированный специалист. Сваркой может заниматься сварщик, который прошел обучение по работе с устройством и имеет группу электрической безопасности не меньше 2-й. В ходе эксплуатации агрегат своевременно очищают от пыли и загрязнений. Кроме того, его продувают сжатым воздухом, заполняя тугоплавкой смазкой поверхности, подвергающиеся трению.

В ходе эксплуатации необходимо оберегать агрегат от атмосферных осадков, загрязнений и сырости. По необходимости его установку можно осуществлять на стройплощадках. Однако делать это можно исключительно в особых помещениях передвижного типа. По возможности нужно ограждать устройство от механических ударов. При перерывах в работе выпрямитель обязательно выключают.

Если изделие устанавливают в цехе, для него огораживают специально отведенное место. Если нет необходимого напряжения, это говорит о неисправностях. К примеру, такое бывает из-за проблем с ветровым реле, а также засасыванием воздуха не с нужной стороны, поломках вентилей. Если не работает электрический двигатель, необходимо проверить агрегат на предмет обрыва цепи питания.

В следующем видео рассказывается о том, как выбрать сварочный аппарат.

Применение на практике

Для примера, рассмотрим инверторный аппарат TELWIN Force 165. Во входном выпрямителе используются диодные сборки GBPC3508. Выпрямительный мост GBPC3508 может работать с током 35 А, обратное напряжение – 800 В.

С ним вместе идет обязательно сглаживающий фильтр из конденсаторов большой емкости. Кроме этого имеется фильтр электромагнитной совместимости, который не пропускает помехи от инвертора в бытовую сеть.

На выходе инвертора используются мощные сдвоенные диоды с общим катодом. Они имеют высокое быстродействие в отличие от диодов расположенных на входе устройства.

Благодаря малому времени восстановления, менее 50 наносекунд, приборы успевают переключать высокочастотный ток на выходе вторичной обмотки.

В данном приборе используются сдвоенные диоды марок STTH6003CW, FFH30US30DN или VS-60CPH03, рассчитаны на прямой ток 30 ампер на один прибор (60 ампер на оба) и обратное напряжение 300 вольт.

Устанавливаются на радиатор. Для защиты полупроводников от перегрузки используется RC фильтр. Схема управления требует стабильный источник питания без бросков напряжения.

Для этого в приборе предусмотрены стабилитроны или уже готовый интегральный стабилизатор, которые обеспечивают стабильное питание на микросхемах управления. В результате получается компактное устройство, позволяющее качественно варить металл.

Виды преобразователей

Согласно тому, какая электрическая схема используется в данной конкретной модели преобразователя, все сварочные выпрямители подразделяются на следующие группы:

• выпрямители под условным обозначением «ВДМ», состоящие из понижающего трансформатора, мощного диодного мостика и сглаживающего конденсатора, имеющие всего один выход (пост);
• универсальные выпрямители, изготавливаемые по многопостовой схеме и подключаемые к сети 3-х фазного напряжения;
• выпрямители типа «инвертор», относящиеся к категории сложных электронных устройств с импульсным преобразованием входного напряжения.

Каждая из указанных разновидностей сварочных выпрямителей имеет свои достоинства и недостатки и применяется в соответствующих их техническим характеристикам условиях.

Однопостовые

Так, однопостовые аппараты отличаются относительно невысокой ценой, но при этом имеют один существенный недостаток, заключающийся в небольшой длительности непрерывной работы.

Они рассчитаны на рядового покупателя в любительском ранге, занимающегося сваркой лишь от случая к случаю.

Многопостовые

В отличие от «ВДМ» аппаратов многопостовые выпрямители имеют определённые преимущества, выражающиеся в увеличенной продолжительности непрерывной работы и в наличии отдельного блока управления (БУ) для каждого из постов. При этом все эти БУ содержат в своём составе специальный регулировочный элемент (реостат) и дроссельный ограничитель.

Указанные устройства широко применяются в производствах, специализирующихся на изготовлении металлоконструкций, а также на поточных сварочных линиях и обычных стройплощадках.

Инверторные

Сварочные выпрямители инверторного типа представляют собой сложную электронную конструкцию, работающую по схеме импульсного преобразования напряжения и дополненную активными элементами фильтрации и стабилизации.

Благодаря усовершенствованиям функциональные возможности этих агрегатов заметно расширяются. При работе с электронным инвертором удаётся легко зажигать дугу и обеспечивать ее стабильность на протяжении всего процесса сварки.

Различные модели инверторных устройств имеют несколько отличные от типовой схемы. Однако по принципу получения выпрямленного тока они относятся к одной и той же категории импульсных выпрямителей.

За счёт снижения веса преобразовательного модуля такие сварочные трансформаторы более удобны в обращении и транспортировке, чем обычные выпрямители.

Конструкция трансформатора и дросселей

Схема намотки провода.
Т1 собран из 3-х «строчников» от старых телевизоров, сложенных вместе. Сердечник ПК30х16 из феррита марки 3000НМС-1. Обмотки «I» и «II» имеют по 2 секции с проводом ПСД 1,68 в изоляции из стеклоткани. Они соединены согласно последовательно и имеют витки:

• обмотка «I» — 2×4;
• обмотка «II» — 2×2.

Обмотка «I» работает в худшем тепловом режиме, поэтому при сборке необходимо мотать ее с шагом (зазором) 1 мм. Во второй обмотке не забудьте сделать отвод от середины.

Обе обмотки надо поставить таким образом, чтобы не нарушилась работа диодов VD11-VD34. Направление намотки обмотки «I», начиная от вывода подсоединенного к L2 — против стрелки часов. А направление намотки обмотки «II» — по часовой, от вывода, подключенного к VD21-VD34.

Обмотка «III» — виток провода 0,4-0,5 мм в изоляции на напряжение 500 В и более.

Важно распределить обмотки, правильно выдержав зазоры. Это необходимо для охлаждения магнитопровода и по соображениям безопасности. Для этого устанавливают 4 стеклотекстолитовые (1,5 мм) пластины, которые после подгонки приклеивают.

Дроссель L1, индуктивностью 40±10 мкГн, намотан на сердечнике ПЛ 12,5×25-50 с зазором (немагнитным) 0,3-0,5 мм и имеет 175 витков, намотанных проводом типа ПЭВ-2, калибром 1,32.

Дроссель L2 — спираль без каркаса, намотанная 4 мм2 проводом в термоизоляции. Количество витков -11, диаметр намотки -14 мм. Через дроссель идет большой ток и его необходимо обдувать.

Расчет количества витков

Количество слоев для каждой обмотки определяем из величины площади сердечника по формуле K = 50 : Sс = 50/45 = 1,11 витка на один Вольт.

Внимание! В данной формуле, также, как и в первой, коэффициент 50 принят для трансформаторов с сердечниками типа П и Ш., для кольцевых сердечников будет равен 35 для, ШЛ и ШП – 40.

Теперь определим величину максимального тока на первичной обмотке по формуле: Imax = P : U = 6750 : 220 = 30,71 А. На основании этих данных можно узнать количество слоев для намотки. Расчет ведется по формуле Wх =Uх * K. Для вторичной – это будет W2 = U2 х K = 60 х 1,11 = 67 витков.

Количество слоев первичной обмотки узнаем, позже т.к. для этого необходимо применить другую формулу. Для регулировки мощности на выходе, от первичной обмотки производится несколько выводо. Количество витков для первичной намотки находим по формуле: W1ст = (U1 х W2): Uст, вит.

Где:

• Uст – напряжение на вторичной обмотке.
• U1 – напряжение первичной обмотки;
• W2 – количество витков вторичной обмотки;
• W1ст – количество первичной обмотки определенной ступени.

Но прежде необходимо рассчитать напряжение каждой ступени Uст. Для этого воспользуемся формулой U=P: I, В.

По формуле U = P : I, В. для исходного расчетного трансформатора Р= 6750 Вт, рассчитаем данные для четырех ступеней мощностью 95 А, 110 А, 135 А и 165 А., Подставив данные в формулу, получаем U1ст1=6750:95 =71 В, U1ст2=61 В, U1ст3=50 В, U1ст4=41 В.

Далее используем полученные данные для расчета намотки. По формуле W1ст = (U1 х W2): Uст, вит. получаем количество витков для каждой ступени (с округлением в большую сторону) W1ст1=(220х67): 71 =208 витка, W1ст2 = 242 W1ст3 = 295 витка, W1ст4 = 359 витков.

Прибавив к большему количеству витков значение от 6 %, получим необходимое расчетное общее количество витков первичной обмотки W1=359+18 = 377.

Наконец, рассчитаем сечение провода на первичной и вторичной обмотках. Для этого делим максимальный ток для каждой намотки на плотность тока. В результате расчета: Sвтор =165 : 3 = 55 мм2 , Sперв = 11 мм2.

В итоге расчета сварочного трансформатора, питающегося от однофазной сети U1 = 220В, мощностью 6,75кВт. получим:

Железо: П образные штампованные листы трансформаторной стали толщиной 0,5 мм Тип обмоток – круговые намотанные на каркас; Количество витков W1 =377 в., W2 = 67 в., Количество регулируемых ступеней – 4. при Iрег – 95 А, 110 А, 135 А и 165 А. Сечение провода Sвтор = 55 мм2, Sперв = 11 мм2

Сварочный аппарат «Терминатор»

Сварочный трансформатор с выпрямителем постоянного тока в подсобном хозяйстве вещь очень полезная. Однако, если взять выше рассчитанный трансформатор с мощностью вторичной ступени 170 А, с потребляемой мощностью почти 7 кВт. При нынешних ценах на электроэнергию один день работы с таким аппаратом обойдётся в немаленькую сумму. При этом необходимо учитывать ещё немаловажную вещь, как пульсация электроэнергии в общей сети, особенно если это единая однофазная сеть на всю улицу (сельская электропроводка) а ведь именно там больше всего такие изделия и нужны. Отчасти эту проблему могут решить применение сглаживающих дросселей, но при недостаточной напруге в сети колебания напряжения могут доходить до 50 В.

Такие скачки не смогут сгладить даже мощные дросселя и сетевые стабилизаторы. Это отрицательно сказывается на работе бытовых приборов, например, холодильниках. И уже тогда разборок с соседями точно не миновать.

При развитии современных технологий, промышленность выпускает компактные трансформаторы. Так -как мы уже знаем параметры необходимого трансформатора, то далее будем рассматривать аппараты для применения в подсобном хозяйстве в этих пределах. Хорошо востребованные изделия московского – терминатор сварочный аппарат с выпрямителем

Сварочный трансформатор «Терминатор» имеет вес 13 кг при почти профессиональных характеристиках: регулируемое разброс тока от 30 до 170А, небольшой вес и габариты, низкая цена (всего 14 тыс. руб.). Именно из -за малые веса аппарат приобрел популярность. Аппарат востребован не только в домашних, но и профессиональных работах, особенно где от сварочного оборудования требуется мобильность – переноска с одного места на другое, например, в коммунальной сфере; стройке, ремонта автотранспортного оборудования, в общем, везде, где нужно часто менять место работы.

У “Терминатора” имеется принудительная система охлаждения вентиляторами, которые регулируют мощность воздушного потока от датчиков температуры. Такая система охлаждения дает возможность использовать аппарат с 70% коэффициентом ПНВ (продолжительность непрерывного включения) это значит, что работать аппарат может из 10 минут – 7 работа, 3 отдых.

Если же произойдет перегрев обмоток, то защита отключит аппарат от нагрузки автоматически. В трансформаторе обмотки выполнены из 9 % меди, что практически исключает потери на внутреннее сопротивление. Поэтому аппарат очень экономичен.

Устройство и принцип работы

Классическая конструкция представлена сочетанием нескольких устройств, которые и обеспечивают контроль показателей тока. Основными блоками можно назвать:

1. диоды;
2. понижающий трансформатор;
3. охлаждающую систему, которая зачастую представлена вентилятором;
4. приборы для измерения показателя тока;
5. регуляторы различного типа.

Устройство сварочного выпрямителя позволяет с высокой точностью проводить регулировку показателей тока. В отличие от конструкции трансформатора оно может не только увеличивать силу тока, но и делать показатель постоянным, за счет чего и обеспечивается высокая устойчивость дуги.

Устройство сварочного выпрямителя

Принцип работы сварочного выпрямителя имеет следующие особенности:

1. Входящий ток изначально подается на первичную обмотку встроенного трансформатора понижающего типа.
2. За счет электромагнитной индукции происходит процесс понижения значения напряжения и повышения силы тока на вторичной обмотке. Схема современного сварочного выпрямителя определяет максимальное значение напряжения при холостом ходу 48В.
3. Создаваемое напряжение подается на установленные диоды. Новые модели изготавливаются при применении диодов на кремневой основе. Устанавливаются они в качестве полупроводника, который обеспечивает ход тока только в одну сторону. Именно за счет диодов обеспечивается постоянное напряжение, так как они устраняют колебание при реверсном ходе электричества.
4. Стоит учитывать, что на момент работы диоды существенно нагреваются. Именно поэтому все модели сварочных выпрямителей имеют систему охлаждения, которая в большинстве случаев представлена вентиляторами. При активном применении устройства постоянный обдув воздухом позволяет снизить температуру применяемых полупроводников. Некоторые модели снабжаются датчиком, который фиксирует перегрев системы.
5. Устанавливаются датчики, контролирующие напряжение. Они работают совместно с автоматом и могут отключить устройство в автоматическом режиме при высоком значении напряжения.
6. Регулятор устанавливается для того, чтобы можно было выбирать напряжение в зависимости от толщины свариваемого металла.

Создать выпрямитель сварочного аппарата своими руками достаточно сложно, так как для этого нужно владеть определенными навыками работы с электротехникой. Промышленные варианты исполнения обладают высокой точностью работы и надежностью, что определят их высокую популярность.

К особенностям устанавливаемых устройств регулировки отнесем нижеприведенные моменты:

1. В большинстве случаев регулировка ступенчатая. Она представлена секционным подключением обмотки.
2. При ступенчатой регулировке имеет значение шаг. Для управления секционным подключением обмотки устанавливается рычаг.
3. Большинство моделей для использования сильных токов имеют конструкцию, которая предусматривает отсекание части обмотки. За счет этого ток подается по короткой схеме.

Приведенная выше настройка достаточно грубая. Встречаются модели с тонкой настройкой, которая основана на применении метода дроссельного насыщения: устанавливается устройство между двумя кремневыми диодами и понижающим трансформатором. Дроссель – конструкция, представленная сочетанием нескольких катушек, через которые во время работы оборудования также подается ток. За счет переключения позиции регулятора изменяется и длина пути обмотки.

Большинство моделей имеет большую рукоятку на корпусе, за счет движения которой приводится в движение винтовой вал со вторичной обмоткой трансформатора. За счет изменения ее положения также регулируется протяженность пути, который преодолевает ток. Однако подобная настройка также характеризуется низкой точностью.

Схема сварочного выпрямителя

Практически все сварочные выпрямители имеют блок управления в виде сочетания различных рычагов и выключателей. За счет изменения их положения проводится регулировка характеристик подаваемого тока.

Зачем переделывать аппарат?

Теперь вы знаете, что вопрос «Так какой ток лучше: переменка или постоянка?» не имеет ответа. Аппараты на переменке и аппараты на постоянке — это два разных явления со своими достоинствами и недостатками. И в идеале лучше иметь в своем арсенале универсальное оборудование, способное варить и на постоянном, и на переменном токе.

В продаже встречаются такие аппараты, но они стоят несравнимо дорого. Если вы профессионал, то есть смысл купить такое устройство. Но если вы любитель, и варите пару раз в год у себя на даче или в гараже, то лучше приобрести трансформаторный аппарат и немного доработать его. Трансформатор, работающий на переменном токе, можно снабдить возможностью переключения на постоянный ток. Так вы получите недорогой универсальный аппарат, который к тому же будет мощным и надежным.

Назначение

Сварочный выпрямитель представляет собой аппарат, предназначенный для стальных и металлических конструкций; источник энергии для сварочной дуги, при помощи полупроводниковых элементов преобразующий переменный ток сети в постоянный сварочный ток, не изменяющий своего направления и величины.

Сварочный выпрямитель Brima ВДМ 1203 (380 В). Фото Сварочные Технологии