Електрична дуга була вперше отримана в 1802 р російським академіком В.В. Петровим. За свою більш ніж 200-річну історію вона зі звичайного електричного явища перетворилася в потужну технологічну складову сучасного виробництва. Технічний прогрес в промисловості нерозривно пов'язаний з постійним вдосконаленням зварювального виробництва. Сварка як високопродуктивний процес виготовлення нероз'ємних з'єднань знаходить широке застосування при виготовленні металургійного, ковальсько-пресового, хімічного та енергетичного обладнання, в сільськогосподарському та тракторному машинобудуванні, у виробництві будівельних і інших конструкцій.
Починаючи з середини 80-х років минулого століття, стало збільшуватися кількість зварювальних апаратів, призначених для домашнього застосування. Сьогодні їх виготовляють не тільки любителі-одинаки, а й всілякі акціонерні товариства, що з'явилися при великих промислових підприємствах.
Однак придбати надійний і зручний зварювальний апарат для особистих потреб не так то просто. Справа в тому, що при виготовленні подібних пристроїв дуже часто копіюються їх "старші брати" (зварювальні апарати для промислового застосування) як би в зменшеному вигляді. Такий підхід не можна вважати правильним. Як відомо, зварювальні апарати є енергоємними пристроями. Ця особливість, з якою миряться на виробництві, може стати суттєвою перешкодою для застосування їх в домашніх умовах. Спробуємо розібратися в причинах цього явища. Чому побутові зварювальні апарати так само "ненажерливі" як і їх "старші брати"? На перший погляд здається, що причина криється в невірних електротехнічних розрахунках зварювального трансформатора або помилки, допущені при його намотуванні. Таке часто трапляється, коли трансформатор виготовляють в аматорських умовах. Але справа не тільки в цьому. Навіть бездоганно грамотно розрахований зварювальний трансформатор споживає в робочому режимі значна кількість енергії. Тут потрібно дати деякі пояснення. У теоретичній електротехніці при розрахунках використовуються поняття "ідеального джерела струму" і "ідеального джерела напруги". Перший на будь-якому навантаженні забезпечує незмінний струм, а другий-постійна напруга. Щоб вийти на такі режими "ідеальне джерело струму" повинен мати нескінченно великий внутрішній опір (r = ∞), а "ідеальний джерело напруги" - нескінченно маленьке внутрішній опір (r = 0). Реальні джерела електричної енергії мають внутрішній опір:
і їх режим визначається зовнішнім навантаженням R:
при r> R- ми маємо справу з джерелом струму,
при r Так як на внутрішньому опорі марно витрачається частина енергії джерела, то різним виявляється і ККД даних джерел: джерело струму має коефіцієнт корисної дії. 0 <КПД <50 %, источник напряжения имеет коэффициент полезн. действия: 50 % <КПД <100 %. Всі зварювальні трансформатори для ручного дугового зварювання повинні працювати в режимі джерела струму, тому що сталість струму електричної дуги забезпечує високу якість зварного шва. З цією метою в зварювальних трансформаторах вживають заходів для збільшення їх внутрішнього опору (збільшують магнітне розсіювання, включають дроселі і т.д.). Платою за якість є порівняно низький ККД (близький до 50%), і, як наслідок, значне споживання енергії. Спробуємо показати, як, не погіршуючи якості, можна знизити енергоспоживання зварювального трансформатора до 3,5-4 кВт, зробивши його роботу безпечної не тільки для себе, а й оточуючих. Відомо, що потужність, споживана зварювальним трансформатором з мережі, в основному визначається потужністю, переданої їм у вторинну обмотку: де Р2-повна потужність вторинної обмотки, В · А; Величина I2р нормована для кожного діаметра електрода і зменшувати її не рекомендується, тому що це погіршує якість зварного шва. Наприклад, для електродів Ø3 I2р = 100-120 А, для електродів Ø4 I2р = 180-200 А і т.д. Залишається напруга холостого ходу U2хх. Для зварювальних трансформаторів промислового призначення його величина вибирається рівною 65-70 В. І це цілком виправдано, якщо не звертати увагу на енергоспоживання зварювального апарату. Підемо від цієї нижньої межі. Виявилося, що напруга U2хх = 36-40 В дозволяє успішно варити навіть початківцю зварнику. При такій напрузі валик зварювального шва виходив рівним, тому що відсутнє розбризкування крапель рідкого металу, а шлаковая плівка була тонкою і легко відшаровувалася від вироби. Але найголовніше - різко знизилося енергоспоживання зварювального трансформатора до 3,5-4 кВт, що зробило його абсолютно придатним для домашнього застосування. Сімейний бюджет отримав при цьому суттєву перевагу. З урахуванням викладеного вище, можна зробити висновок: в будь-якому зварювальному трансформаторі, після нескладної доробки, можна ввести економічний режим. Для цього у вторинній обмотці необхідно зробити відвід на напругу 36-40 В. Бажано в трансформаторі також мати можливість плавного регулювання зварювального струму. Пропоную один з варіантів економічного зварювального трансформатора для домашнього застосування. Як об'єкт для модернізації був обраний зварювальний апарат, сконструйований В. Мотузасом (В. Мотузас. Компактний, безпечний, безшумний - журнал "Сільський механізатор", 1987 р № 2, с. 26). Оскільки більшість читачів журналу не знайоме з цим вузькоспеціалізованим виданням, я, там, де це необхідно, повторю деякі технологічні прийоми його виготовлення. Після модернізації зварювальний апарат мав такі технічні характеристики: - напруга холостого ходу 36 В, мінімальна 750 Вт - регулювання раб. струму: плавне, мінімальна 4500 Вт - регулювання раб. струму: плавне, Наметовому її в кілька шарів так, щоб початок і кінець обмотки були внизу котушки. Кожен шар один від одного ізолюємо тканиною, просоченою епоксидною смолою або лаком. Верхній шар покривається двома шарами тканини, просоченої епоксидною смолою. Потім приступаємо до виготовлення каркасу для вторинної обмотки. Він повинен вільно переміщатися по всій поверхні муздрамтеатру (в т.ч. і по поверхні первинної обмотки). З цією метою на поверхні первинної котушки намотаємо виток до витка кабель діаметром 8-10 мм (з ізоляцією). Він буде служити допоміжної обмоткою. Поверх кабелю накладаємо целофанову плівку. Все це обмотується тканиною (мішковиною), просоченої епоксидною смолою. Сюди ж необхідно приклеїти дві утримують пластини і дві клеми (алюмінієві смужки) для вторинної обмотки (рис.3). Після висихання клею, целофан і допоміжна обмотка видаляються. Для додання жорсткості, каркас вторинної обмотки покривається ще одним шаром тканини, просоченої епоксидною смолою. Після висихання смоли можна приступати до намотування вторинної обмотки. Як матеріал використовується мідна (алюмінієва) шина або провід круглого перетину в ізоляції. Для розрахунку числа витків первинної і вторинної обмоток спочатку визначається перетин муздрамтеатру (S, см2): S = а × в (див. Рис.1) Потім визначаємо число витків на один вольт: Розраховуємо число витків в первинній W1 і вторинної W2 обмотках: W2 = 36 · Т - економічний режим, ПРИМІТКА. Вторинну обмотку намотують в такій послідовності: Схема модернізованого трансформатора показана на рис. 4а. W1ф = 222 · 30 / S S = 46 см2, Т = 40/46 = 0,87; W1 = 191, W1ф = 143, W2 = 32. Первинна обмотка містить 191 виток з відведенням від 143 витка, провід ПЕТВ Ø 2,12мм, вторинна обмотка намотана алюмінієвим дротом круглого перетину в ізоляції, Ø 8 мм. Щоб швидко переходити від економічного режиму до форсованого надходять у такий спосіб. З ізоляційного матеріалу (текстоліт, гетинакс) товщиною 5-6 мм вирізують пластину для висновків первинної обмотки. У ній свердлять 3 отвори Ø 5 мм на відстані 20 мм один від одного по одній прямій. З мідного дроту Ø 5 мм відрізають 3 шматки довжиною 45 мм. На них з одного краю нарізають різьбу М5. За допомогою гайок ці стрижні зміцнюють на пластині, і, сюди ж, приєднують висновки від первинної обмотки в певній послідовності (рис.4 б, с). Рис.4б Економічний режим трансформатора. Ріс.4с Форсований режим трансформатора. Сама пластина кріпиться до основи трансформатора за допомогою двох куточків. Мережевий шнур з одного боку має штекер роз'єм, який дозволяє легко переходити від економічного режиму до форсованого. Останнім готується підстава трансформатора. Тут підійде будь-який ізоляційний матеріал достатньої міцності, наприклад, багатошарова фанера, деревина тощо Для мобільності до основи можна пристосувати невеликі коліщатка від пральних машин старих випусків типу "Волга", "Ока". Загальний вигляд зварювального трансформатора показаний на рис.5. При роботі в домашніх умовах використовують, в основному, економічний режим. Перехід в форсований режим здійснюється перестановкою мережевого роз'єму на щитку висновків первинної обмотки. Однак працювати в цьому режимі тривалий час не рекомендується з причини, зазначеної на початку статті. Плавне регулювання струму в обох режимах здійснюється простим переміщенням вторинної обмотки по магнітопровода Найбільшого значення зварювальний струм досягає в положенні, коли вторинна обмотка знаходиться поверх первинної. Щоб зафіксувати вторинну обмотку в певному положенні, використовують дерев'яні брусочки, вставляючи їх в пази статора. Якщо є можливість підключення зварювального трансформатора до автономного джерела живлення (домашньої електростанції), то робота у форсованому режимі здійснюється без обмежень. Звичайно, виготовлення такого трансформатора - досить трудомісткий процес. Але, побудувавши його, ви, дійсно, забудете всі проблеми. Робіть саморобки своїми руками як ми, робіть краще нас!
U2хх-напруга холостого ходу вторинної обмотки, В;
I2р-робочий струм вторинної обмотки, А.
економічний режим
форсований режим
- робочий струм 20-100 А,
- діаметр електрода Ø 1,5; 2; 3,
- потужність, споживана з мережі
максимальна 3800 Вт
- рід струму: змінний
- напруга холостого ходу 50 В,
- робочий струм 80-140 А,
- діаметр електрода Ø 3,
- потужність, споживана з мережі
максимальна 7500 Вт
- рід струму: змінний.
Як муздрамтеатру використовується статор від списаного електродвигуна, потужністю 12-15 кВт. Щоб витягти муздрамтеатр з корпусу статора, його треба розбити і видалити обмотку електродвигуна. Вийде чистий муздрамтеатр (рис.1).
Зубилом вирубують на муздрамтеатрі 12 пазів для намотування первинної обмотки. Вирубувати пази зубилом неважко, метал муздрамтеатру м'який. При цьому обов'язково використовуються захисні окуляри: зрубані пластинки можуть потрапити в очі. Вирубаний ділянку обмотаємо шматком тканини і просочити його епоксидним клеєм або лаком. Коли клей висохне, на цю ділянку намотаємо первинну обмотку W1 (рис.2).
Рис.2 Розташування обмоток.
Рис.3 Каркас вторинної обмотки.
W2 = 50 · Т - форсований режим.
намотують витки економічного режиму,
розраховують число витків форсованого режиму,
домативают "різницю" між числом витків форсованого і економічного режимів.
Рис.4а Схема трансфоматорів після модернізації.
Як приклад наведу дані свого зварювального трансформатора. У нього форсований режим введений по-іншому: в первинній обмотці робиться відведення W1ф, положення якого розраховується за формулою:
Рис.5 Загальний вигляд зварювального апарату.Схожі статті