Сварочный трансформатор: устройство и принцип действия

Сварочный трансформатор: устройство и принцип действия

Для выполнения сварочных работ вы выбрали самый простой, из ныне существующих (по сравнению с выпрямителем или инвертором), источник сварочного тока. И правильно поступили!

Ведь, не так давно сварщики пользовались только аналогичным оборудованием, и всё у них получалось. А мы чем хуже? Чтобы использовать все возможности этого гаджета, необходимо знать его устройство и принцип действия.

В помощь вам, мы расскажем про устройство сварочного трансформатора, принцип его действия и некоторые технологические секреты.

Особенности сварки

Несмотря на ряд преимуществ, конденсаторная сварка имеет ряд ограничений, не позволяющих использовать ее повсеместно. Среди них:

Несмотря на некоторые недостатки, метод соединения металлов получил широкое применение в промышленности и в быту.

Как устроен осциллятор

Классический сварочный осциллятор представляет собой генератор-разрядник, где напряжение повышается до величины высоковольтного значения. Основные элементы устройства это:

• Трансформатор повышающий, отвечающий за преобразование стандартного напряжения 220 В до величин 3000-6000 В;
• Разрядник искровой, выполняющий роль генератора затуханий. Он представляет колебательный контур из конденсатора и катушки индуктивности;
• Два дросселя с сердечниками;
• Выходной трансформатор для передачи сформированного электричества на выход сварочного аппарата (гальваническая развязка);
• Блок управления, собранный из стабилизатора, регулировочных элементов момента пуска, цепи обратной связи;
• Блок безопасности, защищающий всю схему от перегрузок, призван выступать защитой от поражения электричеством оператора.

Рабочий цикл, он же ПВ (период включения), он же ПН (полезная нагрузка)

ПВ указывается двумя цифрами. Первая – сила тока. Вторая – процент времени. Например, «130А-50%» означает, что данный аппарат током 130А может варить половину времени. А столько же будет простаивать в ожидании охлаждения до рабочей температуры. Если измерения проводятся на максимальном токе аппарата, первую цифру опускают, оставляя только показатель в процентах. Например, если аппарат с номиналом 160А имеет напротив «ПВ» запись «30%», это означает, что током 160 ампер он может работать 30% времени, а 70% будет остывать.

Все верно. Остается только добавить, что отечественный ГОСТ Р МЭК 60974-1-2004 не устанавливает единой обязательной методики измерения показателя ПН для аппаратов ММА.

Европейская методика, изложенная в стандарте EN60974-1, предлагает измерение на нагрузочном стенде при температуре окружающей среды 40С только до первого отключения ввиду перегрева. Полученный результат относят к 10-минутному промежутку. Получается, сработала термозащита через 3 минуты, цикл аппарата на данном токе – 30%.

Методика концерна TELWIN. К настоящему времени ее используют большинство китайских производителей (тех, которые вообще проводят такие испытания своих машин). Сам итальянский концерн при замерах ПВ своих аппаратов по собственной методике после показателя скромно указывает «TELWIN». Абсолютное большинство китайских производителей этого не делает.

Наконец, существует российская, она же советская, методика. По своей сути она ближе к методике TELWIN: суммируются все промежутки за контрольный период, когда аппарат работал. Но отрезок берется не 10, а 5 минут. И – самое главное – аппарат сначала вводится в режим срабатывания защиты от перегрева, после чего начинаются измерения.

В итоге один и тот же аппарат по всем 3 методикам выдает совершенно различный процент! Естественно, самые скромные «циферки» получаются по европейской методике, а самые впечатляющие – до 2 раз и более – по методике Telwin.

Как правильно организовать ремонт сварочного инвертора

Разумеется, ситуации, когда электронный сварочный аппарат сгорает, как свечка, и не подлежит дальнейшему ремонту, случаются крайне редко. На практике ремонт сварочного аппарата может оказаться намного проще, чем казалось в первый момент. В 90% случаев из строя выходят силовые цепи, в 50% — чувствительные управляющие элементы схемы. Но чтобы выполнять ремонт инверторных сварочных аппаратов своими руками, мало одного желания, как минимум, потребуется следующее оборудование:

• Цифровой тестер или мультиметр, все равно какой, можно с функцией проверки транзисторов;
• Паяльная станция, можно самодельная, но обязательно с регулируемым по температуре феном и исправным низковольтным паяльником;
• Нагрузочный реостат.

Кроме перечисленного, для работы может потребоваться шприц для откачки припоя, кисточка, спирт, лупа, сильный фонарик, лампа накаливания с проводами, ну и, конечно, справочники для заказа запасных частей.

Совет! У большинства профессиональных ремонтников имеется в распоряжении осциллограф. Для ремонта электроники, по сути, незаменимая вещь, если дело касается проверки работы системы управления аппарата.

Не факт, что осциллограф потребуется для ремонта сварочного аппарата своими руками, но в особо сложных случаях без него просто не обойтись.

Рассмотрим виды и принцип действия дуговых сварочных аппаратов

Сварочный трансформатор

Преобразует электрический ток для образования устойчивой электрической дуги.
На неподвижном сердечнике – магнитопроводе, располагаются две обмотки.

Принцип работы – понижение напряжения на вторичной обмотке с одновременным увеличением силы тока. Для регулирования параметров дуги, предусматривается изменение силы тока на вторичной обмотке. Либо переключением между витками обмоток, либо перемещением по сердечнику одной обмотки относительно другой.

• Низкая стоимость;
• Простота изготовления;
• Высокая надежность;
• легкость в обслуживании.

• Большая масса и габариты;
• Нестабильность сварочной дуги;
• Для работы требуется специальная подготовка персонала;
• Эффективно работает только с низколегированной сталью.

Сварочный выпрямитель

Состоит из двух блоков. Трансформатора и выпрямительного устройства.
После понижения напряжения и повышения силы тока на трансформаторе, вступает в дело выпрямитель, собранный на кремниевых или селеновых элементах. В результате на выходе мы получаем постоянный ток для питания электрической дуги. Выпрямитель может иметь дополнительные элементы схемы, для получения идеальных характеристик.

• Получение стабильной и непрерывной дуги, что делает сварочный шов более качественным;
• Возможность работать с любыми типами стали, в том числе и некоторыми цветными металлами;
• Простота использования позволяет работать на аппарате сварщикам с невысокой квалификацией.

• Сложная конструкция, как в изготовлении, так и в обслуживании;
• Более высокая стоимость в сравнение с простым трансформатором.

Сварочный инвертор

Высокочастотный преобразователь тока.
Конструктивно состоит из нескольких трансформаторов, дросселей и управляющих схем. На выходе выдает ток высокой частоты. Обеспечивает полный контроль над процессом сварки. Полная универсальность применения.

• Низкое потребление мощности, за счет высокого КПД;
• Практически не зависит от колебаний входного напряжения;
• Устойчивая дуга позволяет работать с любыми металлами и электродами;
• Позволяет работать с длинными нагрузочными проводами;
• Широкий диапазон регулировки тока;
• Малая масса и компактные габариты;
• Простота использования.

• Высокая стоимость;
• Сложность конструкции не позволяет обслуживать прибор в домашних условиях.

Полуавтомат

Формирует дугу постоянным или импульсным током.
Может работать или в инертной среде (углекислота), или при помощи специальной проволоки. Электродная проволока подается по резиновому шлангу в зону сварки при помощи специального держателя.

• Высокое качество шва;
• Практически отсутствуют брызги раскаленного металла;
• Работа с металлом любой толщины, в том числе и малой;
• Применение в кузовных работах при ремонте автомобиля;
• Простота использования для неопытного сварщика.

• Высокая стоимость;
• Использование специализированных расходных материалов.

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

В зависимости от рабочих параметров устройств различают такие виды устройств:

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

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

На переменном токе

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

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

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

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

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

Для этого вам понадобится выполнить такую последовательность действий:

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

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

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

Виды, подключение

По принципу работы устройства делятся на два типа:

1. Осцилляторы непрерывного действия.
2. Осцилляторы импульсного действия.

При работе осциллятора первого типа сварочный ток суммируется с высокочастотным током высокого напряжения. Зажигание дуги происходит без непосредственного контакта электрода с поверхностью металла. При малом значении силы тока дуга остается стабильной. Исключается разбрызгивание металла и поражение сварщика электрическим разрядом. Такой осциллятор может быть включен в сеть последовательно или параллельно. При последовательном соединении устройство включается в разрыв кабеля электрода. Подобное подключение позволяет использовать осциллятор более эффективным образом. Нет потери энергии на обеспечение защиты от высокого напряжения.

Импульсный осциллятор подключается параллельно и используется преимущественно в тех случаях, когда требуется вести сварочные работы переменным током. Вся сложность заключается в том, что устройство должно реагировать на смену полярности, причем за минимальное время. Поддержать дугу, повысив ее стабильность, может только ток высокой частоты импульсного типа. Если применить при такой сварке аппараты непрерывного действия, то дуга будет получена без особых проблем, однако повторное ее зажигание уже невозможно, то есть осциллятор будет выполнять только одну свою функцию.

Наличие в схеме конденсаторов позволяет сделать более функциональное устройство. Накопленный электрический заряд позволяет производить повторные импульсы и поджигать дугу в процессе формирования шва, если сварщик случайно отклонил электрод на большое расстояние. В схеме устройства без обратной связи не обойтись. Именно управляющая система обеспечивает синхронизированный разряд конденсатора.