|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Зварювальний апарат з вольтодобавкою та плавним регулюванням струму. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Довідник електрика До уваги читачів пропонується опис простого у виготовленні та надійного в роботі зварювального апарату. Він дозволяє виконувати зварювання як постійним, так і змінним струмом, причому в обох випадках можливе його не тільки ступінчасте, а й плавне регулювання. Щоб полегшити запалення дуги, передбачено вольтодобавку. Сьогодні у продажу є безліч різноманітних зварювальних апаратів. Портативні зварювальні апарати (так звані інвертори) працюють лише на постійному струмі. Їхні дешеві моделі, призначені для непрофесійного застосування, порівняно невеликої потужності та недостатньо надійні. Зварювальні апарати на низькочастотних трансформаторах великої потужності випускають переважно для промислового використання. Вони мають, як правило, велику потужність, значні маси та габарити і порівняно дороги. Крім того, вони допускають можливість тривалої безперервної роботи. Зварювальний струм у таких апаратах регулюється плавно або ступінчасто шляхом зміни індуктивності додаткового дроселя або індуктивності розсіювання самого зварювального трансформатора. Велика маса та висока ціна роблять покупку такого апарату для особистого (не професійного) застосування недоцільним. Бувають у продажу дешеві малопотужні зварювальні апарати на низькочастотних трансформаторах. Але у формуванні потрібної навантажувальної характеристики у них бере участь активний опір обмоток. Тому такі зварювальні апарати сильно нагріваються під час роботи. Багато хто робить зварювальні трансформатори самостійно. Для цього необхідні лише відповідні магнітопровід та обмотувальний провід. Але для виконання високоякісного зварювання саморобний апарат повинен забезпечувати можливість вибору роду струму (постійний або змінний) та регулювання зварювального струму. Крім того, для полегшення запалення дуги при низькій напрузі бажано мати в апараті вольтодобавку. Нижче наводиться опис простого і надійного в роботі зварювального апарату з трансформатором на основі статора трифазного асинхронного електродвигуна і забезпечує виконання перерахованих вище вимог. Він має ряд суттєвих особливостей, які значно покращують його характеристики та зменшують трудомісткість виготовлення порівняно з раніше описаними у радіоаматорській літературі та в Інтернеті. Схема апарату наведено на рис. 1. Мережева напруга через ступінчастий реостат, що складається з дротяних резисторів R1-R4 і перемикача SA1, надходить на обмотку зварювального I трансформатора T2. Вузол, що складається з трансформатора струму T1, випрямляча на діодах VD1, VD2 та вимірювальної головки PA1, вимірює струм, що споживається від мережі. Напруга з обмотки II трансформатора T2 через перемикач SA2 та двонапівперіодний випрямляч на діодах vD5, VD7 та триністорах VS1, VS2 подається у зварювальний ланцюг.
Випрямляч поєднаний із регулятором зварювального струму. При крайньому правому за схемою положенні движків змінних резисторів R5 і R6 триністори VS1 і VS2 відкриваються при миттєвому значенні, що незначно відрізняється від нуля, напрузі на обмотці II трансформатора T2. В цьому випадку кут відсікання струму близький до 180 град. та зварювальний струм максимальний. При переміщенні двигунів цих резисторів вліво напруга відкривання тріністорів VS1 і VS2 збільшується, а кут відсічення струму зменшується до 90 град. В результаті зварювальний струм зменшується приблизно вдвічі в порівнянні з максимальним. При подальшому збільшенні опору регулюючих резисторів триністори випрямляча відкриватися перестають, тому вихідна напруга та струм стають рівними нулю. Транзистор VT1 служить підсилювачем струму, що управляє. Його можна виключити зі схеми, але тоді опір резисторів R5 і R6 доведеться зменшити приблизно 30 разів. При цьому на резисторах R5 і R6 в деяких режимах розсіюватиметься потужність в кілька ват. Знайти змінні резистори з досить великою допустимою потужністю розсіювання важко, тому в регуляторі було вирішено застосувати високоомні резистори з транзисторним підсилювачем струму. Два змінних резистора, з'єднаних послідовно, дозволили забезпечити плавне регулювання струму у великому інтервалі його зміни. У деяких зварювальних апаратах застосовують триністорні регулятори струму, що забезпечують плавну зміну кута відсікання в інтервалі від 0 до 180 град., чому відповідає зміна струму від нуля до максимуму. Триністорами у таких регуляторах керують, як правило, за допомогою коротких імпульсів. Але ці регулятори складніше і недостатньо стабільно працюють на навантаження з малим диференціальним опором (зварювальну дугу або акумуляторну батарею, що заряджається). Нестабільність проявляється у тому, що з незмінному положенні ручки регулятора вихідний струм хаотично змінюється щодо заданого середнього значення. Регулятори, у яких триністорами керують постійним струмом, у умовах працюють більш стабільно. Крім того, регулятор зварювального струму повинен регулювати струм зварювання, але не амплітуду вихідної напруги зварювального апарату. А при зміні кута відсікання від 90 до 0 град. Амплітуда імпульсів напруги на виході випрямляча зменшується, що небажано, так як погіршуються умови запалювання дуги. Щоб розширити межі регулювання струму, не ускладнюючи триністорний регулятор, апарат має потужний ступінчастий реостат на резисторах R1-R4. Такі реостати нерідко включають у ланцюг вторинної обмотки зварювального трансформатора. Але включення його послідовно з первинною обмоткою дає кілька переваг. Зокрема, трансформатор у цьому випадку працює при меншій напрузі, тому менше нагрівається. Крім того, в цьому випадку простіше підібрати високоомний провід для виготовлення резисторів реостату, а як перемикач SA1 можна використовувати типовий пакетний перемикач на струм до 30 А. Ланцюг вольтодобавки являє собою однополуперіодний випрямляч на діоді VD3, послідовно з яким як обмежувач струму включена лампа розжарювання EL1. У режимі холостого ходу (коли зварювальна дуга не горить) конденсатор C1 заряджається через діод VD3 до напруги близько 76 при будь-якому положенні перемикача SA2. Оскільки опір холодної нитки розжарювання лампи мінімальний, конденсатор C1 швидко заряджається. Після запалення дуги напруга на конденсаторі C1 стає меншою. У цьому режимі струм, що протікає через діод VD3, обмежений опором лампи EL1, що зростає в міру розігріву нитки, тому струм залишається в допустимих для діода межах і трохи збільшує зварювальний струм. Вольтодобавка – дуже корисний пристрій. При її відсутності та низькій напрузі холостого ходу на виході зварювального апарату дуга запалюється насилу, що знижує продуктивність праці зварювальника і сильно втомлює його. Підвищення напруги холостого ходу без застосування вольтодо-бавки різко зменшує ККД зварювального апарату та збільшує навантаження на електричну мережу. Але в багатьох випадках вузли вольтодобавки надто складні, а в деяких випадках недостатньо ефективні. Наприклад, [1] цей вузол виконаний так, що при горінні дуги через ланцюг вольтодобавки може протікати досить великий струм, обмежений тільки активним опором дроселя. Щоб зберегти цей струм у допустимих межах, напруга вольтодобавки вибрана невеликою (10...12 В), що знижує її ефективність. Бажано, щоб вольтодобавка підвищувала напругу холостого ходу до 80...90 ст. Крім того, у пристрої, описаному в [1], вихідний струм у момент запалення дуги обмежений індуктивним опором дроселя, що додатково ускладнює її утворення. Практика показує, що дуга найкраще запалюється у разі, коли на виході зварювального випрямляча встановлено конденсатор. Трохи гірший результат буває, коли у випрямляча немає взагалі ніякого фільтра, що згладжує. Але найважче дуга запалюється, якщо фільтр, що згладжує, складається тільки з дроселя або закінчується дроселем. Місткість конденсатора C1 повинна бути такою, щоб забезпечити швидкий перехід іскрового розряду в малопотужну дугу. Практика показує, що цього достатньо його ємності в 3000 мкФ. Згладити змінну складову зварювального струму такий конденсатор не може, та й потреби в цьому немає. При горінні дуги зварювальної напруга на конденсаторі C1 пульсує від нуля до амплітудного значення. Тому конденсатор C1 повинен витримувати пульсацію напруги з такою амплітудою. При цьому потрібно мати на увазі, що допустима амплітуда пульсацій напруги на оксидних конденсаторах зазвичай не перевищує 10...20% їхньої номінальної робочої напруги. Питання про те, який фільтр, що згладжує, краще використовувати у випрямлячі зварювального апарату, є дискусійним. Багато авторів статей, опублікованих у журналах та особливо в Інтернеті, вважають, що у фільтрі випрямляча зварювального апарату краще застосовувати дросель. Наприклад, існує думка, що його наявність запобігає прилипання електрода до деталі, що зварюється. Але причина прилипання полягає зазвичай у недостатній потужності джерела зварювального струму (або в невмінні виконувати зварювання). При цьому малопотужна дуга трохи розплавляє електрод і деталь, а для того, щоб створити потужну дугу, джерела не вистачає потужності. В результаті при випадковому торканні електродом деталі, що зварюється, розплавлений метал електрода при зіткненні з більш холодною деталлю кристалізується і електрод приварюється до деталі. Дросель не може і полегшити запалення дуги, тому що в режимі холостого ходу він не запасає в собі енергії. У момент дотику електродом деталі струм починає наростати від нуля, дросель починає запасати енергію. У цей час енергія джерела йде не створення дугового розряду, а накопичується в магнітному полі дроселя. В описах зварювальних апаратів, трансформатори яких виготовлені на базі асинхронних електродвигунів, зазвичай рекомендують видаляти бандажні смуги, розташовані на зовнішній стороні статорних пакетів пластин, і виступи на внутрішній стороні цих пластин. При цьому готовий трансформатор кріплять у корпусі зварювального апарату подібно до малопотужних трансформаторів з тороїдальними магнітопроводами. Але зварювальний трансформатор має велику масу, а під час роботи може сильно нагріватися. Вага трансформатора при такому кріпленні тисне на ізоляцію проводів обмотки, що може призвести до її пошкодження та міжвиткових замикань. Ця проблема особливо сильно проявляється за недостатньо термостійкої ізоляції проводів. Видалення бандажних смуг та виступів статорних пластин – дуже трудомістка і не тільки марна, але навіть шкідлива операція. Однак вважається, що бандажні смуги слід видалити, щоб вони не замикали статорні пластини між собою. Видалення виступів взагалі не обґрунтовують. Можливо, це роблять, щоб збільшити площу вікна магнітопроводу або трохи зменшити витрати дроту. Але річ у тому, що розмір вікна магнітопроводу, як правило, цілком достатній, а економія дроту виходить дуже невеликою. Видаляють виступи пластин і бандаж зазвичай за допомогою зубила та молотка. Після такого видалення між пластинами утворюється безліч точок електричного контакту, які можуть створити в магнітопроводі шляхи для вихрових струмів. Магнітний потік у кільцевій частині магнітопроводу електродвигуна та трансформатора тече паралельно бандажним смугам, не перетинаючи їх, і не може створити в них вихрові струми. Різниця тільки в тому, що в статорі двигуна потік поділяється на дві половини, що поточні діаметрально протилежних ділянках кільцевого магнітопроводу в один бік, а в трансформаторі по кільцю тече єдиний потік. Тому ефективний переріз одного і того ж магнітопроводу в трансформаторі виходить приблизно вдвічі менше, ніж у двигуні, а середня довжина силової лінії - більше. В результаті необхідне число витків обмотки трансформатора більше, ніж обмотки двигуна на напругу. Визначати його краще експериментальним шляхом. Конструкція магнітопроводу трансформатора пропонованого зварювального апарату зображена на рис. 2. Бандажні смуги та виступи статорних пластин залишені на місці. Для того щоб витки обмоток не провалювалися між виступами статорних пластин, до торців їх пакета 5 кріплять дві кільцеві пластини 3. Між виступами статорних пластин розташовані чотири шпильки 4 ізольовані від статорних пластин (використовуються прокладки, які застосовувалися в електродвигуні для ізоляції обмоток). Шпильки загвинчені в стійки 2 з внутрішнім різьбленням, закріплені на дерев'яній підставі 1. Тому навантаження від ваги трансформатора передається на основу 1 тільки через стійки 2, а не через ізоляцію проводів. Це дозволяє підвищити максимально допустиму робочу температуру трансформатора без ризику деформації ізоляції проводів та замикань.
У верхній частині магнітопроводу на двох з чотирьох стягують пакет шпильках 4 закріплені кронштейни 6 з ручкою 7 з немагнітного матеріалу (наприклад, алюмінію). Бажано з такого ж матеріалу виготовити і кронштейни 6 і стійки 2, але великої необхідності в цьому немає. Щоб залишити більше місця для розміщення обмотки, можна використовувати лише три шпильки, розташувавши їх (у вигляді зверху) у вершинах рівностороннього трикутника, але тоді доведеться змінити конструкцію ручки. Як власне магнітопровод застосований статор асинхронного двигуна потужністю 7,5 кВт. Обмотка I складається з 305 витків алюмінієвого дроту перетином 4 мм.2 у тугоплавкій пластмасовій ізоляції. Обмотка II намотана двома складеними разом алюмінієвими проводами АПВ-10 перетином 10 мм2 кожен. Вона містить 77 витків. Відведення зроблено від 48, 58 та 69-го витків. Для визначення необхідного числа витків на магнітопровід була намотана пробна обмотка та виміряна її індуктивність. Потім було розраховано число витків обмотки І для отримання індуктивного опору 220 Ом на частоті 50 Гц. В результаті струм неодруженого ходу трансформатора вийшов близько 1 А. Потім, виходячи з необхідного коефіцієнта трансформації, було обчислено число витків обмотки II. Трансформатор струму T1 виконаний на магнітопроводі від вихідного трансформатора кадрової розгортки ТВК-110. Його первинна обмотка – один виток монтажного дроту перетином 2,5 мм.2. Вторинна обмотка містить 100 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,5 мм. Якщо в якості вимірювальної головки PA1 використовувати стрілочний авометр на межі вимірювання 0,5 А, то його стрілка повністю відхилятиметься при струмі 100 А через обмотку I. Такий запас по струму повного відхилення необхідний внаслідок того, що в процесі зварювання струм, що вимірюється безперервно і різко змінюється. В результаті стрілка приладу з малим струмом повного відхилення часто б'ється об упори, що призводить до швидкого виходу механізму вимірювання з ладу. Вузол вимірювання струму можна без проблем перенести до ланцюга обмотки II трансформатора T2. Але великої потреби в цьому немає. Коефіцієнт трансформації відомий, і знаючи струм в обмотці I значення зварювального струму завжди можна обчислити. Резистори R1-R4 реостату виготовлені із трьох складених разом ніхромових проводів від електронагрівальної спіралі потужністю 2 кВт. Ці резистори при роботі зварювального апарату можуть сильно нагріватися, тому вони встановлені на термостійкій підставі з полегшеної вогнетривкої цегли з отворами, через які і пропущені ніхромові дроти. Щоб зробити реостат компактнішим, можна розпиляти цеглу на дві частини і використовувати тільки одну половину. Замість реостату можна застосувати дросель із кількома відводами від обмотки. Але маса і габарити дроселя виходять значно більшими, ніж у реостата, виготовленого з цегли та ніхромового дроту. Доцільність регулювання зварювального струму дроселем залежить від кількох обставин. Наприклад, при виконанні великого обсягу зварювальних робіт дросель дозволить зменшити витрату електроенергії і, отже, її вартість, оскільки активна потужність, що розсіюється ним, незначна. Якщо необхідно виконувати зварювання змінним струмом, зварювальний ланцюг слід включити в розрив проводу в точці A (див. рис. 1). При цьому висновки конденсатора C1 повинні бути замкнуті перемичкою, здатною без помітного нагрівання витримати струм зварювання. В цьому випадку регулятор струму працює як завжди, але вольтодобавка відсутня. Перед виконанням зварювальних робіт робочий режим зварювального апарату рекомендується встановлювати у такому порядку. Спочатку в залежності від необхідної потужності зварювальної дуги перемикачем SA2 встановити необхідну вихідну напругу, а двигуни змінних резисторів R5 і R6 перевести в праве (за схемою) положення. Потім поставити в потрібне положення перемикач SA1 і, не включаючи апарат, з'єднати перемичкою висновки конденсатора C1. Увімкнувши апарат в мережу, за допомогою змінних резисторів R5 і R6 встановити струм короткого замикання на 30...50% більше від необхідного зварювального струму. Режим короткого замикання має бути короткочасним, не більше 2...3 с, після чого слід відключити апарат від мережі та видалити перемичку з виводів конденсатора C1. Тепер можна знову вмикати апарат та приступати до виконання зварювання. Надалі змінними резисторами R5 і R6 за потреби можна підрегулювати струм. Типові режими зварювання різних деталей наводяться у спеціальній літературі. Застосований в описаному зварювальному апараті триністорний регулятор стабільності вихідного струму аналогічний описаному, наприклад, [2], але за схемою помітно простіше. Це пов'язано з тим, що в ньому відсутній додатковий випрямляч живлення ланцюга керуючого електрода тріністора. Але його можна ввести, збудувавши зварювальний апарат за схемою, зображеною на рис. 3. Додаткова обмотка III трансформатора T2 повинна містити 10 витків монтажного дроту перерізом 1,5 мм.2 (Для механічної міцності). При цьому випрямлена напруга на резистори R5, згладжена конденсатором C1, буде близько 10 В. Струм керуючих електродів триністорів стане не пульсуючим, а постійним, що залежить від положення двигуна змінного резистора R5.
література
Автор: А. Сергєєв
Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024 Приміальна клавіатура Seneca
05.05.2024 Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія
04.05.2024
▪ У голові миші вирощена печінка людини ▪ Нові відеодиски зберігають до чотирьох годин відео на кожній стороні ▪ NOKIA створила телефон для спортсменів
▪ розділ сайту Інструмент електрика. Добірка статей ▪ стаття Колумби росіяни. Крилатий вислів ▪ стаття З якою частотою дятел б'є дзьобом у стовбур дерева? Детальна відповідь ▪ стаття Перша медична допомога при механічній травмі. Медична допомога ▪ стаття Приймач в інфрачервоній лінії зв'язку. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page