Існують різні способи регулювання зварювального струму, але, можна сказати, що саме широке поширення в народі отримав дуже простий і надійний спосіб регулювання струму - за допомогою включеного на виході вторинної обмотки баластного опору. Спосіб не тільки простий і надійний, але до того ж корисний, так як покращує зовнішню характеристику трансформатора, збільшуючи крутизну її падіння. У деяких випадках баластні опору застосовуються суто для виправлення жорсткої характеристики зварювального апарату.
Величина баластного опору для регулятора зварювального струму складає близько сотих-десятих часток Ома і підбирається, як правило, експериментально. В якості баластного опору здавна застосовуються потужні дротові опору, що використовувалися в підйомних кранах, тролейбусах, або відрізки спіралей ТЕНів (теплоелектронагрівачів), шматки товстої високоомній дроту. Кілька зменшити струм можна навіть за допомогою розтягнутої дверний пружини зі сталі. Баластні опір може включатися або стаціонарно.
Ніхромовий дріт в якості баластного опору (діаметром 4 мм і довжиною 8 м). Дріт може бути і меншого діаметру, і при цьому буде потрібна менша довжина, але вона буде більше нагріватися.
Регулювання зварювального струму баластних опором
Більшість дротяних резисторів великої потужності виготовлені у вигляді відкритої спіралі, встановленої на керамічний каркас довжиною до півметра, як правило, в спіраль смотана і дріт від тенів. Якщо резистор виготовлений з магнітних сплавів, то в разі його спіральної компонування, а тим більше з будь-якими сталевими елементами конструкції всередині спіралі, при проходженні великих струмів спіраль починає сильно вібрувати. Адже спіраль - це той же соленоїд, а величезні зварювальні струми породжують потужні магнітні поля. Зменшити вплив вібрацій можна, розтягнувши спіраль і зафіксувавши її на жорсткій основі. Крім спіралі, дріт можна згинати також змійкою, що теж зменшує розміри готового резистора. Перетин струмопровідний матеріал резистора слід підбирати побільше, тому що при роботі він сильно гріється. Занадто тонка дріт або стрічка буде розжарюватися червоного, хоча навіть це, в принципі, не виключає ефективність використання її в якості регулятора струму для зварювального апарату. Про реальне значення опору баластних дротяних резисторів судити важко, так як в нагрітому стані властивості матеріалів сильно змінюються.
Регулювання струму у вторинному ланцюзі зварювального трансформатора пов'язана з певними проблемами. Через що регулюють пристрій проходять значні струми, що призводить до його громіздкість. Інша незручність - перемикання. Для вторинної ланцюга практично неможливо підібрати настільки потужні стандартні перемикачі, щоб вони витримували струм до 200А. Інша справа - ланцюг первинної обмотки, де струми приблизно в п'ять разів менше, перемикачі для яких є ширвжитком. Послідовно з первинною обмоткою, так само, як і в попередньому випадку, можна включати баластні опору. Тільки в цьому випадки опір резисторів має бути на порядок більшим, ніж в колі вторинної обмотки. Так, батарея з декількох паралельно з'єднаних резисторів ПЕВ-50. 100 сумарним опором 6-8 Ом здатна знизити вихідний струм вдвічі, а то і втричі, в залежності від конструкції трансформатора. Можна зібрати кілька батарей і встановити перемикач. Якщо ж в розпорядженні немає потужного перемикача, то можна обійтися кількома вимикачами. Встановивши резистори по схемі зображеною нижче, можна, наприклад, зробити регулятор зварювального струму з комбінацією: 0; 4; 6; 10 Ом.
Регулятор струму для зварювального апарату
Правда, при включенні баластного опору в первинному колі, втрачається вигода, яку надає опір у вторинній, - поліпшення падаючої характеристики трансформатора. Але зате і до будь-яких негативних наслідків в горінні дуги включені по високій напрузі резистори не призводять: якщо трансформатор добре варив без них, то з додатковим опором в первинній обмотці він варити буде.
У режимі холостого ходу трансформатор споживає невеликий струм, а значить, його обмотка має значний опором. Тому додаткові кілька Ом практично ніяк не позначаються на вихідній напрузі холостого ходу.
Замість резисторів, які при роботі будуть сильно грітися, в ланцюг первинної обмотки можна встановити реактивний опір - дросель.
Цей захід слід розглядати швидше як вихід з положення, якщо ніяких інших засобів зниження потужності немає. Включення реактивного опору в ланцюг високої напруги може сильно знижувати вихідну напругу холостого ходу трансформатора. Падіння вихідної напруги спостерігається у трансформаторів з відносно великим струмом холостого ходу - 2-3А. При незначному споживанні струму - близько 0,1А - падіння вихідного напруги майже непомітно. Крім того, включений в первинній обмотці трансформатора, дросель може призводити до деякого погіршення зварювальних характеристик трансформатора, хоча і не настільки, щоб його не можна було експлуатувати. В останньому випадку все ще сильно залежить від властивостей конкретного трансформатора. Для деяких зварювальних апаратів, включення дроселя в первинну ланцюг трансформатора ніяк не позначається, по крайней мере згідно суб'єктивними відчуттями, на якості горіння дуги.
Як дросель зварювального апарату, для регулювання струму, можна використовувати готову вторинну обмотку якого-небудь трансформатора, розрахованого та вихід близько 40В і потужністю 200-300 Вт, тоді нічого переробляти не доведеться. Хоча все ж краще зробити саморобний дросель, намотавши провід на окремому каркасі від такого ж трансформатора - 200-300 Вт, наприклад від телевізора, зробивши відводи через кожні 30-60 витків, підключені до перемикача.
Схема обмотки дроселя для зварювального апарату
Саморобний дросель можна виготовити і на незамкнутому - прямому осерді. Це зручно, коли вже є готова котушка з кількома сотнями витків відповідного проводу. Тоді всередину неї треба набити пакет прямих пластин з трансформаторного заліза. Необхідна реактивний опір виставляється підбором товщини пакета, орієнтуючись по зварювальному струмі трансформатора. Для прикладу: дросель, виготовлений з котушки, що містить приблизно близько 400 витків дроту діаметром 1,4 мм, був набитий пакетом заліза із загальним перетином 4,5 см 2. довжиною, що дорівнює довжині котушки, 14 см. Це дозволило зменшити зварювальний струм трансформатора 120А приблизно в два рази. Дросель такого типу можна зробити і з регульованим реактивним опором. Для цього можна змінювати глибину введення стержня сердечника в порожнину котушки. Котушка без осердя володіє низьким опором, при повністю введеному стержні її опір максимально. Дросель, намотаний відповідним проводом, мало гріється, але у нього сильно вібрує сердечник. Це треба враховувати при стягуванні і фіксації набору пластин заліза.
Для саморобних зварювальних апаратів найлегше, ще під час намотування обмоток, зробити їх з відводами і, перемикаючи кількість витків, змінювати струм. Однак використовувати такий спосіб можна хіба що для підстроювання струму, ніж для його регулювання в широких межах. Адже, щоб зменшити струм в 2-3 рази, доведеться занадто збільшувати кількість витків первинної обмотки, що неминуче призведе до падіння напруги у вторинному ланцюзі. Або ж доведеться нарощувати витки всіх котушок, що призведе до надмірної витрати дроти, збільшення габаритів і маси трансформатора.
Для більш тонкого регулювання зварювального струму в меншу сторону, можна використовувати індуктивність зварювального кабелю, укладаючи його кільцями. Але не варто переборщувати, тому що кабель буде нагріватися.
Останнім часом деяке поширення набули тиристорні і сімісторних схеми регулювання струму зварювання. При подачі на керуючий висновок тиристора або симистора напруги певної величини регулятор відкривається і починає вільно пропускати через себе струм. У схемах регулювання струму, що працюють від змінної напруги, що керують імпульси зазвичай надходять на кожному напівперіод. Регулятор відкривається в строго певні (задаються) моменти часу, обрізаючи таким чином початок кожного напівперіоду синусоїди струму, що зменшує сумарну потужність проходить електричного сигналу.
Осцилограма для трансформатора з тиристорним регулятором
Природно, струм і напруга після цього не мають синусоїдальну форму. Такі схеми дозволяють регулювати потужність в широких межах. Людина, що розбирається в радіоелектроніці, зможе виготовити подібну схему самостійно, хоча, треба сказати, пристрої такого роду не можна визнати досконалими. При використанні регуляторів даного типу процес горіння дуги кілька погіршується. Адже тепер при зменшенні потужності дуга починає горіти окремими, все більш короткочасними спалахами. У більшості з схем тиристорних регуляторів шкали не лінійні, а калібрування змінюється зі зміною напруги мережі, струм через тиристор поступово збільшується під час роботи через нагрівання елементів схеми. Крім того, зазвичай помітно гаситься вихідна потужність навіть при максимальному положенні відмикання регулятора, до чого зварювальні трансформатори дуже чутливі. Такий спосіб регулювання струму зварювання, через складність виготовлення і невисокою надійності, не набув великого поширення серед саморобних регуляторів зварювального струму.
Вимірювання зварювального струму
Для вимірювання великих струмів, в даному випадку до 200А, потрібні прилади, які мають свою специфіку і в побуті мало-поширені. Одним з найбільш простих рішень буде скористатися струмовимірювальні кліщі.
Специфіка вимірювання цим приладом полягає в тому, що для вимірювання не потрібно підключатися в електричний ланцюг. Сила струму вимірюється на відстані від проводу без дотику до нього. У приладу є спеціальний розвідних контур, від чого й назва - "кліщі", яким охоплюється провід зі струмом. Електромагнітне поле струму що протікає в охопленому дроті наводить струм в замкнутому контурі, який і вимірюється. На корпусі "кліщів" знаходиться перемикач меж вимірювання струму, максимальні значення якого зазвичай досягають - від 100А до 500А для різних моделей приладів. Струмовимірювальні кліщі можна оперативно скористатися практично в будь-якій ситуації, не надаючи ніякого впливу на електричну ланцюг. Вимірювати ними можна лише змінний струм, який створює змінне електромагнітне поле, для постійного струму цей інструмент марний. Клас точності в даному випадку вельми невисокий, тому можна судити, скоріше, тільки про приблизні значеннях.
Інший спосіб вимірювати струм зварювання: вмонтувати в електричний ланцюг виготовляється зварювального апарату або допрацьовувати промислового апарат амперметр, розрахований на великі значення струму, а то і просто включати його на час в розрив ланцюга зварювальних проводів.
Включення амперметра в зварювальну ланцюг також відзначається деякою специфікою. Справа в тому, що послідовно в ланцюг включається не сам прилад (стрілочний покажчик), а його шунт (резистор), стрілочний же індикатор підключається до шунт паралельно.
Схема амперметра для вимірювання великих струмів
Шунт володіє власним опором: імовірно соті частки Ома (так як виміряти його звичайним омметром не вдається). На вигляд це шматок металу в кілька сантиметрів в довжину прямокутного перетину з потужними контактними майданчиками з обох сторін. Від точності опору шунта залежить і точність показання приладу. Для кожної моделі амперметра передбачений шунт певного опору, і вони повинні продаватися разом.
Амперметр з шунтом
Чимале значення має здатність стрілочного покажчика вимірювального приладу встановлюватися на поточне значення, долаючи коливальні перехідні процеси при зміні струму, інакше стрілка буде судорожно танцювати за шкалою вже при незначних змінах струму, які неминучі при горінні зварювальної дуги.