Регулировка сварочного тока на сварочном трансформаторе. Регулирование напряжения в цепях постоянного тока. Изменение количества витков

Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока. известны такие способы регулировки тока в сварочных трансформаторах: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов, изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования, применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов. Все эти способы имеют как свои преимущества, так и недостатки. Например, недостатком последнего способа, является сложность конструкции, громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении.

Наиболее оптимальным является способ ступенчатой регулировки тока, с помощью изменения количества витков, например, подключаясь к отводам, сделанным при намотке вторичной обмотки трансформатора. Однако, этот способ не позволяет производить регулировку тока в широких пределах, поэтому им обычно пользуются для подстройки тока. Помимо прочего, регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами. В этом случае, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что является причиной увеличения ее габаритов. Для вторичной цепи практически не удается подобрать мощные стандартные переключатели, которые бы выдерживали ток величиной до 260 А.

Если сравнить токи в первичной и вторичной обмотках, то оказывается, что в цепи первичной обмотки сила тока в пять раз меньше, чем во вторичной обмотке. Это наталкивает на мысль поместить регулятор сварочного тока в первичную обмотку трансформатора, применив для этой цели тиристоры. На рис. 20 приведена схема регулятора сварочного тока на тиристорах. При предельной простоте и доступности элементной базы этот регулятор прост в управлении и не требует настройки.

Рис. 1 Принципиальная схема регулятора тока сварочного трансформатора:
VT1, VT2 -П416

VS1, VS2 - Е122-25-3

С1, С2 - 0,1 мкФ 400 В

R5, R6 - 1 кОм

Регулирование мощности происходит при периодическом отключении на фиксированный промежуток времени первичной обмотки сварочного трансформатора на каждом полупериоде тока. Среднее значение тока при этом уменьшается. Основные элементы регулятора (тиристоры) включены встречно и параллельно друг другу. Они поочередно открываются импульсами тока, формируемыми транзисторами VT1, VT2.

При включении регулятора в сеть оба тиристора закрыты, конденсаторы С1 и С2 начинают заряжаться через переменный резистор R7. Как только напряжение на одном из конденсаторов достигает напряжения лавинного пробоя транзистора, последний открывается, и через него течет ток разряда соединенного с ним конденсатора. Вслед за транзистором открывается и соответствующий тиристор, который подключает нагрузку к сети.

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

Транзисторы VT1, VT2, работающие в лавинном режиме, и резисторы R5, R6, включенные в их базовые цепи, можно заменить динисторами (рис. 2)

Рис. 2 Принципиальная схема замены транзистора с резистором на динистор, в схеме регулятора тока сварочного трансформатора.
Aноды динисторов следует соединить с крайними выводами резистора R7, а катоды подключить к резисторам R3 и R4. Если регулятор собрать на динисторах, то лучше использовать приборы типа КН102А.

В качестве VT1, VT2 хорошо зарекомендовали себя транзисторы старого образца типа П416, ГТ308, однако эти транзисторы, при желании, можно заменить современными маломощными высокочастотными транзисторами, имеющими близкие параметры. Переменный резистор типа СП-2, а постоянные резисторы типа МЛТ. Конденсаторы типа МБМ или К73-17 на рабочее напряжение не менее 400 В.

Все детали устройства с помощью навесного монтажа собираются на текстолитовой пластине толщиной 1...1,5 мм. Устройство имеет гальваническую связь с сетью, поэтому все элементы, включая теплоотводы тиристоров, должны быть изолированы от корпуса.

Правильно собранный регулятор сварочного тока особой наладки не требует, необходимо только убедиться в стабильной работе транзисторов в лавинном режиме или, при использовании динисторов, в стабильном их включении.

Качество сварного шва в значительной мере зависит от характеристик электрической дуги. Для каждой толщины металла, в зависимости от его вида требуется определенной силы .

Кроме этого, важна вольтамперная характеристика аппарата для сварки, от этого зависит качество электрической дуги. Для резки металла тоже требуются свои значения электротока. То есть любой сварочный аппарат должен обладать регулятором, управляющим мощностью сварки.

Управлять током можно по-разному. Основные способы регулирования такие:

введение резистивной или индуктивной нагрузки во вторичную обмотку сварочного аппарата;
изменение количества витков во вторичной обмотке;
изменение магнитного потока аппарата для сварки;
использование полупроводниковых приборов.

Схематических реализаций этих способов множество. При изготовлении аппарата для сварки своими руками каждый может выбрать себе регулятор по вкусу и возможностям.

Резистор или индуктивность

Регулировка сварочного тока с использованием сопротивления или катушки индуктивности является самой простой и надежной. К последовательно подключают мощный резистор или дроссель. За счет этого меняется активное или индуктивное сопротивление нагрузки, что приводит к падению напряжения и изменению сварочного тока.

Регуляторы в виде резисторов применяют для улучшения вольтамперной характеристики сварочного аппарата. Используется набор мощных проволочных сопротивлений или один резистор, выполненный из толстой нихромовой проволоки в виде спирали.

Для изменения сопротивления специальным зажимом их подключают к определенному витку провода. Резистор выполняется в виде спирали для уменьшения габаритов и удобства использования. Номинал резистора не должен превышать 1 Ом.

Переменный ток в определенные моменты времени имеет нулевые или близкие к нему значения. В это время получается кратковременное гашение дуги. При изменении промежутка между электродом и деталью может произойти прилипание или полное ее гашение.

Для смягчения режима сваривания и соответственно получения качественного шва применяют регулятор в виде дросселя, который включается последовательно с держаком в выходной цепи аппарата.

Дополнительная индуктивность вызывает сдвиг фаз между выходным током и напряжением. При нулевых или близких к нему значениях переменного тока напряжение имеет максимальную амплитуду и наоборот. Это позволяет поддерживать стабильную дугу и обеспечивает надежное ее зажигание.

Дроссель можно изготовить из старого трансформатор. Используется только его магнитопровод, все обмотки удаляются. Вместо них наматывают 25-40 витков толстого медного провода.

Данный регулятор был широко распространен при использовании трансформаторных аппаратов переменного тока благодаря своей простоте и наличию комплектующих. Недостатками дроссельного регулятора сварочного тока являются небольшой диапазон управления.

Изменение количества витков

При этом методе регулировка характеристик дуги осуществляется благодаря изменению коэффициента трансформации. Коэффициент трансформации позволяют изменить дополнительные отводы из вторичной катушки. Переключаясь с одного отвода на другой можно менять напряжение в выходной цепи аппарата, что приводит к изменению мощности дуги.

Регулятор должен выдерживать большой сварочный ток. Недостатком является трудность нахождения коммутатора с такими характеристиками, небольшой диапазон регулировок и дискретность коэффициента трансформации.

Изменение магнитного потока

Данный способ управления используется в трансформаторных аппаратах сварки. Изменяя магнитный поток, меняют коэффициент полезного действия трансформатора, это в свою очередь меняет величину сварочного тока.

Регулятор работает за счет изменения зазора магнитопровода, введения магнитного шунта или подвижности обмоток. Изменяя расстояние между обмотками, меняют магнитный поток, что соответственно сказывается на параметрах электрической дуги.

На старых сварочных аппаратах на крышке находилась рукоятка. При ее вращении вторичная обмотка поднималась или опускалась за счет червячной передачи. Этот способ практически изжил себя, он использовался до распространения полупроводников.

Полупроводниковые приборы

Создание мощных полупроводниковых приборов, способных работать с большими токами и напряжениями, позволило разработать сварочные аппараты нового типа.

Они стали способны менять не только сопротивление вторичной цепи и фазы, но и изменять частоту тока, его форму, что также влияет на . В традиционном трансформаторном сварочном аппарате используется регулятор сварочного тока на базе тиристорной схемы.

Регулировка в инверторах

Сварочные инверторы – это самые современные аппараты для электродуговой сварки. Использование мощных полупроводниковых выпрямителей на входе устройства и последующей трансформации переменного тока в постоянный, а затем в переменный высокой частоты позволил создать устройства компактные и мощные одновременно.

В инверторных аппаратах основным регулятором является изменение частоты задающего генератора. При одном и том же размере трансформатора мощность преобразования напрямую зависит от частоты входного напряжения.

Чем меньше частота, тем меньшая мощность передается на вторичную обмотку. Ручка регулировочного резистора выводится на лицевую панель инвертора. При ее вращении изменяются характеристики задающего генератора, что приводит к изменению режима переключения силовых транзисторов. В итоге получается требуемый сварочный ток.

При использовании инверторных сварочных полуавтоматов настройка происходит так же, как и при использовании ручной сварки.

Кроме внешних регуляторов в блоке управления инвертором предусмотрены еще много различных управляющих элементов и защит, обеспечивающих стабильную дугу и безопасную работу. Для начинающего сварщика лучшим выбором будет инверторный аппарат для сварки .

Применение тиристорной и симисторной схемы

После создания мощных тиристоров и симисторов их стали использовать в регуляторах силы выходного тока в сварочных аппаратах. Они могут устанавливаться в первичной обмотке трансформатора или во вторичной. Суть их работы заключается в следующем.

На управляющий контакт тиристора со схемы регулятора поступает сигнал, открывающий полупроводник. Длительность сигнала может изменяться в больших пределах, от 0 до длительности полупериода тока протекающего через тиристор.

Управляющий сигнал синхронизирован с регулируемым током. Изменение длительности сигнала вызывает обрезание начала каждого полупериода синусоиды сварочного тока. Увеличивается скважность, в результате средний ток уменьшается. Трансформаторы очень чувствительны к такому управлению.

Такой регулятор имеет существенный недостаток. Время нулевых значений увеличивается, что приводит к неравномерности дуги и ее несанкционированному гашению.

Для уменьшения негативного эффекта дополнительно приходится вводить дроссели, которые вызывают фазовый сдвиг между током и напряжением. В современных аппаратах данный метод практически не используются.

Попалась в интернете недавно любопытная схемка простого, но довольно неплохого блока питания начального уровня, способного выдавать 0-24 В при ток до 5 ампер. В блоке питания предусмотрена защита, то есть ограничение максимального тока при перегрузке. В приложенном архиве есть печатная плата и документ, где приведено описание настройки данного блока, и ссылка на сайт автора. Прежде чем собирать, прочитайте внимательно описание.

Вот фото моего варианта БП, вид готовой платы, и можно посмотреть как примерно применить корпус от старого компьютерного ATX. Регулировка сделана 0-20 В 1,5 А. Конденсатор С4 под такой ток поставлен на 100 мкФ 35 В.

При коротком замыкании максимум ограниченного тока выдается и загорается светодиод, вывел резистор ограничителя на переднюю панель.

Индикатор для блока питания

Провёл у себя ревизию, нашёл пару простеньких стрелочных головок М68501 для этого БП. Просидел пол дня над созданием экрана для него, но таки нарисовал его и точно настроил под требуемые выходные напряжения.

Сопротивление используемой головки индикатора и применённый резистор указаны в прилагаемом файле на индикаторе. Выкладываю переднюю панель блока, если кому понадобится для переделки корпус от блока питания АТХ, проще будет переставить надписи и что-то добавить, чем создавать с нуля. Если потребуются другие напряжения, шкалу можно просто подкалибровать, это уже проще будет. Вот готовый вид регулируемого источника питания:

Плёнка - самоклейка типа "бамбук". Индикатор имеет подсветку зелёного цвета. Красный светодиод Attention указывает на включившуюся защиту от перегрузки.

Дополнения от BFG5000

Максимальный ток ограничения можно сделать более 10 А. На кулер - кренка 12 вольт плюс температурный регулятор оборотов - с 40 градусов начинает увеличивать обороты. Ошибка схемы особо не влияет на работу, но судя по замерам при КЗ - появляется прирост проходящей мощности.

Силовой транзистор установил 2n3055, все остальное тоже зарубежные аналоги, кроме BC548 - поставил КТ3102. Получился действительно неубиваемый БП. Для новичков-радиолюбителей самое-то.

Выходной конденсатор поставлен на 100 мкФ, напряжение не скачет, регулировка плавная и без видимых задержек. Ставил из расчёта как указано автором: 100 мкф ёмкости на 1 А тока. Авторы: Igoran и BFG5000 .

Обсудить статью БЛОК ПИТАНИЯ С РЕГУЛИРОВКОЙ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ

Это достаточно распространённый вопрос, который имеет несколько путей решений. Есть один из наиболее популярных способов решить проблему, регулировка происходит посредством активного балластного соединения на выходе обмотки (вторичной).

На территории Российской Федерации, сварка для переменного тока заключается в используемой частоте в 50 Гц. В качестве источника питания используется сеть с напряжением 220В. А все трансформаторы для сварки, имеют первичную и вторичную обмотку.

В агрегатах, используемых в промышленной зоне, регулировку тока осуществляют по-разному. Например, с помощью подвижных функций обмоток, а также магнитного шунтирования, дроссельного шунтирования разного типа. Используют также магазины балластных сопротивлений (активных) и реостат.

Такой выбор силы сварочного тока нельзя назвать удобным способом, благодаря сложной схеме конструкции, перегревам и дискомфортом при переключениях.

Более удобным способом урегулировать сварочный ток, можно, если намотать вторичку (вторичную обмотку), сделав отводы, что позволит изменять напряжение при переключении количество витков.

Но контролировать напряжение в широких пределах, в этом случае, не выйдет. Также отмечают определённые недостатки при корректировке из вторичной цепи.

Таким образом, регулятор сварочного тока, на первоначальных оборотах пропускает через себя ток высокой частоты (ТВЧ), что тянет за собой громоздкость конструкции. А стандартные переключатели вторичной цепи, не предполагают нагрузки в 200 А. Зато в цепи первичной обмотки, показатели в 5 раз меньше.

В результате был найден оптимальный и удобный инструмент, при котором регулировка сварочного тока не кажется такой запутанной — это тиристор. Специалисты всегда отмечают его простоту, удобство в управлении и высокую надёжность. Сила сварочного тока зависит от отключения первичной обмотки на конкретные промежутки времени, на каждом из полупериодов напряжения. При этом средние показатели напряжения снизятся.

Принцип работы тиристора

Детали регулятора подключены как параллельно, так и встречно друг другу. Они постепенно открываются импульсами тока, которые образуются транзисторами vt2 и vt1. При запуске прибора оба тиристора закрыты, С1 и С2 это конденсаторы, они будут заряжаться через резистор r7.

В тот момент, как напряжение какого-либо из конденсаторов достигнет напряжения лавинной пробивки транзистора, тот открывается, и через него и идёт ток разряда, совместного с ним конденсатора. После открытия транзистора открывается соответствующий ему тиристор, он подключит нагрузку в сеть. Затем начинается противоположный по признакам полупериод переменного напряжения, что предполагает закрытие тиристора, затем следует новый цикл подзарядки конденсатора, уже в противоположной полярности. Далее открывается следующий транзистор, но снова подключит нагрузку в сеть.

Сварка постоянным и переменным током

В современном мире, в большей мере используется сварка с постоянным током. Это связано с возможностью уменьшения количества присадочного материала электродов в сварном шве. Но при сварке переменным напряжением, можно добиться очень качественного результата сварки. Источники сварочного тока, работающие с переменным напряжением можно разделить на несколько видов:

Приборы для аргонодуговой сварки. Здесь используются специальные электроды, которые не плавятся, благодаря этому аргонная сварка становится максимально комфортной;
Аппараты для производства РДС переменным электрическим током;
Оборудование для сварки с помощью полуавтомата.

А методы сварки переменным способом делятся на два типа:

использование неплавящихся электродов;
штучные электроды.

Сварка постоянным током бывает двух типов, обратной и прямой полярности. Во втором варианте сварочный ток движется от минуса к положительному показателю, а тепло сосредотачивается на заготовке. А обратная концентрирует внимание на торце электрода.

Сварочный генератор для постоянного тока состоит из двигателя и самого генератора тока. Их используют для ручной сварки в монтажных работ и в полевых условиях.

Изготовление регулятора

Чтобы изготовить регулирующее устройство для сварочного тока, потребуются такие компоненты:

Резисторы;
Проволока (нихромовая);
Катушка;
проект или схема прибора;
Переключатель;
Пружина из стали;
Кабель.

Эксплуатация балластного соединения

Показатель балластного сопротивления регулирующего аппарата находится на уровне 0,001 Ом. Он подбирается путём эксперимента. Непосредственно для получения сопротивления, преимущественно используется сопротивление проволоки больших мощностей, их применяют в троллейбусах или на подъёмниках.

Уменьшить сварочное напряжение высокой частоты, можно даже используя стальную пружину для двери.

Такое сопротивление включается стационарно или по-другому, чтобы в будущем была возможность с легкостью отрегулировать показатели. Один край этого сопротивления подключается к выходу конструкции трансформатора, другой обеспечивается специальным инструментом для зажима, который сможет перекидываться по всей длине спирали, что позволит выбрать нужную силу напряжения.

Основная часть резисторов с использованием проволоки большой мощности, производится в виде открытой спирали. Она монтируется на конструкцию в длину полметра. Таким образом, спираль делается также из проволоки ТЭНа. Когда резисторы, изготовленные из магнитного сплава скооперировать со спиралью или любой деталью из стали, в процессе работы прохождения тока с высокими показателями, она начнёт заметно дрожать. Такой зависимостью спираль обладает только до того момента, пока она не растянется.

Как сделать дроссель самостоятельно?

Вполне реальным является самостоятельное изготовление дросселя в домашних условиях. Это имеет место при наличии прямой катушки с достаточным количеством витков нужного шнура. Внутри катушки проводятся прямые пластинки из металла от трансформатора. Путём выбора толщины этих пластинок, есть возможность выбора стартового реактивного сопротивления.

Рассмотрим конкретный пример. Дроссель с катушкой с 400 витками и шнура диаметром 1,5 мм, заполняется пластинками с сечением 4,5 квадратных сантиметров. Длина катушки и провода должна быть одинакова. В результате трансформаторный ток 120 А уменьшится наполовину. Такой дроссель изготавливается с сопротивлением, которое можно изменять. Чтобы провести такую операцию, необходимо замерить углубление прохождения стержня сердечника внутрь катушки. С отсутствием этого инструмента, катушка будет иметь не значительное сопротивление, но если стержень будет введён в неё, сопротивление повысится до максимума.

Дроссель, который наматывается правильным шнуром, не будет перегреваться, но, возможно, сердечник будет отличаться сильной вибрацией. Это учитывается при стяжке и крепеже железных пластин.

Сегодня, как в промышленности, так и в гражданской сфере, есть немало установок, электроприводов, технологий, где для питания требуется не переменное, а постоянное напряжение. К таким установкам относятся различные промышленные станки, строительное оборудование, двигатели электротранспорта (метро, троллейбус, погрузчик, электрокар), и другие установки постоянного тока разного рода.

Напряжение питания для некоторых из этих устройств должно быть изменяемым, чтобы например изменяющийся ток питания электродвигателя приводил бы к соответствующему изменению скорости вращения его ротора.

Один из первых способов регулировки постоянного напряжения — регулирование при помощи реостата. Затем можно вспомнить схему двигатель — генератор — двигатель, где опять же регулированием тока в обмотке возбуждения генератора достигалось изменение рабочих параметров конечного двигателя.

Но эти системы не экономичны, они считаются устаревшими, и гораздо более современными являются схемы регулирования . Тиристорное регулирование более экономично, более гибко, и не приводит к увеличению массо-габаритных параметров установки целиком. Однако, обо всем по порядку.

Реостатное регулирование (регулирование при помощи добавочных резисторов)

Регулирование при помощи цепи последовательно соединенных резисторов позволяет изменять ток и напряжение питания электродвигателя путем ограничения тока в его якорной цепи. Схематически это выглядит как цепочка добавочных резисторов, присоединенных последовательно к обмотке двигателя, и включенных между ней и плюсовой клеммой источника питания.

Часть резисторов может быть по мере надобности шунтирована контакторами, чтобы соответствующим образом изменился ток через обмотку двигателя. Раньше в тяговых электроприводах такой метод регулирования был распространен весьма широко, и за неимением альтернатив приходилось мириться с очень низким КПД в силу значительных тепловых потерь на резисторах. Очевидно, это наименее эффективный метод — лишняя мощность просто рассеивается в виде ненужного тепла.

Здесь напряжение для питания мотора постоянного тока получается на месте, при помощи генератора постоянного тока. Приводной мотор вращает генератор постоянного тока, который и питает в свою очередь мотор исполнительного механизма.

Регулирование рабочих параметров двигателя исполнительного механизма достигается путем изменения тока обмотки возбуждения генератора. Больше ток обмотки возбуждения генератора — большее напряжение подается на конечный двигатель, меньше ток обмотки возбуждения генератора — меньшее напряжение, соответственно, подается на конечный двигатель.

Данная система, на первый взгляд, более эффективна, чем просто рассеивание энергии в виде тепла на резисторах, однако и она отличается своими недостатками. Во-первых, система содержит две дополнительные, довольно габаритные, электрические машины, которые необходимо время от времени обслуживать. Во-вторых, система инерционна — соединенные три машины не в состоянии резко изменить свой ход. В результате снова КПД получается низким. Однако, на протяжении некоторого времени такие системы использовались на заводах в 20 веке.

Метод тиристорного регулирования

С появлением во второй половине 20 века полупроводниковых приборов, появилась возможность создания малогабаритных тиристорных регуляторов для двигателей постоянного тока. Двигатель постоянного тока теперь просто подключался к сети переменного тока через тиристор, и, варьируя фазу открывания тиристора, стало возможным получить плавное регулирование скорости вращения ротора двигателя. Этот метод позволил совершить рывок в подъеме КПД и быстродействия преобразователей для питания моторов постоянного тока.

Метод тиристорного регулирования и сейчас используется, в частности, для управления скоростью вращения барабана в автоматических стиральных машинах, где в качестве привода служит коллекторный высокооборотный мотор. Справедливости ради отметим, что аналогичный метод регулирования работает и в тиристорных диммерах, способных управлять яркостью свечения ламп накаливания.

Постоянный ток при помощи инвертора преобразуется в переменный ток, который затем при помощи трансформатора повышается или понижается, после чего выпрямляется. Выпрямленное напряжение подается на обмотки электродвигателя постоянного тока. Возможно дополнительное , тогда достигаемый эффект на выходе несколько похож на тиристорное регулирование.

Наличие трансформатора и инвертора в принципе приводит к удорожанию системы в целом, однако современная полупроводниковая база позволяет строить конверторы в виде готовых малогабаритных устройств с питанием от сети переменного тока, где трансформатор стоит высокочастотный импульсный, и в итоге габариты получаются небольшими, а КПД уже достигает 90%.

Импульсное управление

Система импульсного управления моторами постоянного тока похожа по своему устройству на импульсный . Этот метод является одним из наиболее современных, и именно его используют сегодня в электрокарах и внедряют в метро. Звено понижающего преобразователя (диод и дроссель) объединено в последовательную цепь с обмоткой мотора, и регулируя ширину подаваемых на звено импульсов, добиваются требуемого среднего тока через обмотку мотора.

Такие импульсные системы управления, по сути — импульсные преобразователи, отличаются более высоким КПД — более 90%, и обладают отличным быстродействием. Здесь открываются широкие возможности для , что весьма актуально для станков с большой инерционностью и для электрокаров.

Андрей Повный