Сделай сам, 1994 № 02

Малогабаритный сварочный аппарат

Н. Жермаль

Предлагаемые для самостоятельного изготовления в домашних условиях конструкции малогабаритных сварочных аппаратов предназначены в основном для ручной дуговой сварки на переменном токе с питанием от стационарной электрической сети с трехфазным напряжением 380/220 В или однофазным напряжением 220 В, а также от маломощных передвижных электрогенерирующих установок.

Описываемые аппараты могут быть отнесены к устройствам быстрого реагирования в любой сфере хозяйственной деятельности, где сварочные работы имеют в целом непродолжительный, но неотложный или срочный характер.

Кроме того, с выпрямляющими переменный ток элементами малогабаритное сварочное устройство может использоваться для зарядки аккумуляторных батарей, а также для питания стартеров автомобилей при запуске их в зимний период.

Потребность в изготовлении универсальных малогабаритных сварочных аппаратов с широкими функциональными возможностями в домашних условиях продиктована нехваткой маломощных, простых, надежных и экономичных агрегатов, зарядных и пусковых устройств, крайне необходимых фермеру, индивидуальному застройщику, кооператору и вообще мастеровому человеку.

Однако, необходимо иметь в виду, что самостоятельное изготовление электроэнергетической техники требует знаний основ электротехники, Правил устройств электроустановок и Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок. Следует твердо усвоить, что электрическая сварка относится к работам небезопасным для здоровья, а порой и жизни человека.

Рассматриваемые ниже конструкции сварочных аппаратов получаются в результате усовершенствования уже готовых устройств, которое превращает их в изделия нового качества, пригодные к применению в сварочном режиме работы.

Принципиальные электрические схемы малогабаритных сварочных аппаратов, созданных на базе трехфазного трансформатора, представлены на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Принципиальная электрическая схема малогабаритного сварочного аппарата (на базе трехфазного трансформатора) с питанием от трехфазной сети 380/220 В:

_{1 — магнитопровод трансформатора; 2, 3,4 — первичные обмотки; 5, 6, 7 — вторичные обмотки; 8 — добавочная обмотка трансформатора; 9 — выносные конденсаторы; 10 — переключатель режимов сварки; 11 — контактный датчик температуры и звуковое сигнальное устройство;}

_{I, II — положения переключателя режимов сварки}

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема малогабаритного сварочного аппарата (на базе трехфазного трансформатора) с питанием от однофазной сети 220 В:

_{1 — магнитопровод трансформатора; 2, 3, 4 — первичные обмотки; 5, 6, 7 — вторичные обмотки; 8 — добавочная обмотка трансформатора; 9 — выносные конденсаторы; 10 — переключатель режимов сварки; 11 — контактный датчик температуры я звуковое сигнальное устройство; 12 — выпрямительный диод;}

_{I, II, III, IV — положения переключателя режимов сварки}

В основе их конструкции — трехфазный трехстержневой трансформатор типа ТСА (ТСЗИ) напряжением 380/220/36 В и мощностью 1,6 или 2,5 кВА, применяемый для электроосвещения или питания электроинструмента пониженного напряжения, например, бетонных вибраторов.

На магнитопроводе первичные обмотки трансформатора (рис. 1) соединяются в «звезду» или в «треугольник» для подключения устройства соответственно к трехфазной сети 380 или 220 В. Для питания аппарата от однофазной сети 220 В две первичные обмотки крайних стержней магнитопроводов трансформатора (рис. 2) соединяются встречно-параллельно. При этом вторичные обмотки всегда имеют фиксированную схему соединений в разомкнутый треугольник с одной «вывернутой» обмоткой.

Добавочная обмотка, намотанная поверх всех уже имеющихся обмоток вокруг трехстержневого магнитопровода трансформатора, последовательно вводится в сварочный контур в качестве балластного сопротивления для ступенчатого изменения сварочного тока. Данные этой обмотки: 40…50 витков провода АПР или АПРТО сечением 4…6 мм².

В таком исполнении малогабаритный сварочный аппарат имеет две ступени регулирования сварочного тока: на I ступени возможна сварка электродами диаметром 4 мм в сильных электрических сетях и диаметром 3 мм в слабых электрических сетях; на II ступени — соответственно электродами диаметром 3 мм и 2 мм.

Принципиальная электрическая схема малогабаритного сварочного аппарата на базе однофазных трансформаторов приведена на рис. 3.

Рис 3. Принципиальная электрическая схема малогабаритного сварочного аппарата (на базе двух однофазных трансформаторов) с питанием от однофазной сети 220 В:

_{1 — магнитопровод сдвоенного трансформатора; 2, 3 — первичные обмотки; 4, 5 — вторичные обмотки; 6 — добавочная обмотка среднего стержня сдвоенного трансформатора; 7 — выносные конденсаторы; 8 — переключатель режимов сварки; 9 — контактный датчик температуры я звуковое сигнальное устройство;}

_{I, II — положения переключателя режимов сварки}

Основу конструкции составляют однофазные трансформаторы с О-образными сердечниками магнитопроводов типа ОСО напряжением 220/36 В мощностью 0,4 кВА, применяемые для питания цепей управления и электроосвещения пониженного напряжения в схемах электрооборудования некоторых установок.

Два таких трансформатора стыкуются и скрепляются свободными сторонами сердечников магнитопровода так, что образуется один трехстержневой трансформатор с катушками на крайних стержнях.

После намотки на образовавшийся средний стержень добавочной обмотки конструкция превращается в малогабаритный сварочный аппарат, работающий от однофазной сети 220 В.

На общем магнитопроводе две первичные обмотки крайних стержней соединены встречно-параллельно для подключения устройства к однофазной сети 220 В; при этом вторичные обмотки крайних стержней соединены встречно-последовательно.

Добавочная обмотка среднего стержня последовательно вводится в сварочный контур в качестве балластного сопротивления для ступенчатого изменения сварочного тока. Характеристики этой обмотки: 40…50 витков провода АПР или АПРТО сечением 2,5…4 мм².

Корпуса рассмотренных сварочных аппаратов изготавливаются из бетона с хорошей формуемостью специального приготовления, сухая смесь которого имеет следующий состав (по массе):

Минимальная толщина оболочки корпуса должна быть не менее 10 мм.

Перед заливкой бетона в форму конструкция аппарата тщательно очищается от грязи и пыли и хорошо просушивается.

После отверждения бетона аппарат просушивается еще раз и пропитывается снаружи органическими мономерами: метилметакрилатом или стиролом (можно и кузбасслаком), с последующей термообработкой в течение нескольких часов при температуре 70…80 °C. В результате мономер полимеризуется в порах бетонной оболочки, образуя упрочненный водонепроницаемый поверхностный слой, который защищает устройство от воздействия окружающей среды.

Такие малогабаритные сварочные аппараты работают на пределе своей мощности, что допустимо лишь при повторно-кратковременном режиме их включения. Поэтому для контроля за температурой активных частей устройства предусматривается термическая защита, состоящая из контактного датчика температуры с выходом на звуковой и световой индикатор. Если же она отсутствует, то температуру активных частей устройства контролируют наощупь, не допуская их чрезмерного нагрева.

В полевых условиях малогабаритные сварочные аппараты хорошо работают от маломощных передвижных электрогенерирующих установок (например, от бензо-электрических агрегатов мощностью 4 и 2 кВт) В этом случае при максимальных сварочных токах в сварочный контур вводят выносные конденсаторы переменного тока, которые обеспечивают совместимость малогабаритных сварочных аппаратов в предельных режимах с маломощными передвижными электрогенерирующими установками и создают эффект концентрации энергии в сварочной дуге.

Для этой цели применяют неполярные пусковые алюминиевые оксидно-электролитические конденсаторы типа К50-19 емкостью 750 мкФ на напряжении 80 В (обязательно погружаемые при эксплуатации в масло).

Конденсаторы для получения требуемой емкости включаются параллельно друг другу. В сварочных аппаратах на базе трехфазного трансформатора используются по три таких конденсатора; на базе двух однофазных трансформаторов — два конденсатора.

Для мастеров, занимающихся сваркой тонколистового металла, необходимо указать на весьма эффективный способ образования малоамперной сварочной дуги в малогабаритном сварочном аппарате (на базе трехфазного трансформатора) при подключении его к однофазной сети 220 В. При сварке на переменном токе первичная обмотка среднего стержня трансформатора вводится последовательно в сварочный контур в качестве балластного сопротивления совместно с параллельно включенным этой обмотке выпрямительным диодом на 10 А, а при сварке на постоянном токе — через выпрямительный мост 4x10 А.

Во время эксплуатации малогабаритных сварочных аппаратов необходимо тщательно следить за надежностью контактных соединений.

Выбор электродов для сварки — достаточно ответственная задача. Однозначных рекомендаций на этот счет дать, однако, невозможно, так как тип и марка электродов зависят от рода сварочного тока, материала свариваемых изделий, положения сварочного шва и других факторов, поэтому в каждом конкретном случае следует руководствоваться рекомендациями справочной литературы.

В заключение приведем основные технические характеристики рассмотренных малогабаритных сварочных аппаратов.

Сварочные аппараты (на базе трехфазного трансформатора):

Сварочный аппарат (на базе двух однофазных трасформаторов):

Рассмотренные конструкции просты в изготовлении, что позволяет обеспечить домашних мастеров недорогим и эффективным сварочным устройством с возможностью его дальнейшего совершенствования.

Без сомнения, эти конструкции не лишены недостатков. Прежде всего это связано с низким качеством магнитопроводов обмоток исходных трансформаторов, однако, с этим можно смириться, поскольку аппараты по данным автора работоспособны, просты и надежны в эксплуатации, а также сравнительно недороги в изготовлении.

Блок питания и короткое замыкание

В. Банников

Переносную радиоаппаратуру (радиоприемники, магнитофоны и пр.) с питанием от батарей в стационарных условиях целесообразно подключать к сетевому блоку питания тем более, что батареи в наше время дороги и дефицитны. Обычно он представляет собой выпрямитель (с понижающим трансформатором, диодным мостом и сглаживающим фильтром), к которому подключен стабилизатор напряжения. Именно последний и создает стабилизированное напряжение постоянного тока, необходимое для питания радиоаппаратуры. Все бы, казалось, хорошо, но вот беда — стабилизаторы напряжения, как правило, не выдерживают короткого замыкания в цепи нагрузки. Точнее, короткого замыкания своих выходных клемм. Правда, не все из них. Дело в том, что некоторые (наиболее современные и совершенные) стабилизаторы имеют специальные встроенные цепи защиты от короткого замыкания (обычно они построены на основе интегральных микросхем серии ЕН). Однако чаще всего в сетевом блоке питания такой защиты нет. Как же быть в этих случаях?

Прежде всего напомним, чем опасно короткое замыкание стабилизатора. Во-первых, оно обычно вызывает необратимый пробой регулирующего транзистора в стабилизаторе. Во-вторых, вследствие этого пробоя на выходе блока питания появляется (конечно, после устранения причины замыкания) повышенное напряжение, способное вывести из строя подключенную радиоаппаратуру.

Чтобы избежать этого, достаточно использовать несложный электронный контур, легко подключаемый к существующему блоку питания со стабилизацией напряжения — как к самодельному, так и к промышленному (разумеется, не имеющему защиты от короткого замыкания).

Возникает вопрос: нужно ли применять электронику? Не проще ли установить обычный плавкий предохранитель? Дело, однако, в том, что быстродействие плавкого предохранителя обычно оказывается недостаточным для защиты стабилизатора. Иными словами, пока проволочка предохранителя расплавится (перегорит), регулирующий транзистор успеет необратимо изменить свои свойства — стать по сути дела обыкновенной перемычкой, что и проводит к выше перечисленным неприятностям.

Электронный же предохранитель имеет время срабатывания, соизмеримое с быстродействием регулирующего транзистора. Именно поэтому в случае короткого замыкания он остается неповрежденным и работоспособным.

Что же представляет собой электронный предохранитель? Принципиальная электрическая схема электронного предохранителя блока питания радиоаппаратуры от короткого замыкания представлена на рисунке. Устройство состоит всего из трех деталей — резистора R1, стабистора VD1 и транзистора VT1. На рисунке упрощенно изображен блок питания А1, подлежащий модернизации. Обычно блок питания содержит встроенный параметрический стабилизатор. На рисунке он показан состоящим из резистора и стабилитрона (условно обозначенных на схеме соответственно R1.1 и VD1.1). Именно со стабилитрона VD 1.1 снимается опорное напряжение, которое используется в работе стабилизатора блока питания. Важно, что если этот стабилитрон накоротко замкнуть, то напряжение на выходе блока питания станет близким к нулю. Именно на этом явлении и основано действие устройства защиты. Естественно, замыкают стабилитрон VD1.1 не перемычкой, а с помощью транзистора VT1.

С помощью резистора R1 и стабистора VD1 на базе транзистора VT1 может быть создано напряжение, способное открыть его. Однако в обычных условиях нормальной работы он все время закрыт. Дело в том, что его эмиттер подключен не к «минусу» источника питания, а к «плюсу». И лишь в случае короткого замыкания выходных клемм блока питания транзистор VT1 откроется, шунтирует стабилитрон VD1.1 и вызовет тем самым запирание регулирующего транзистора стабилизатора (на рисунке не показан). Поэтому выходное напряжение блока питания немедленно снизится почти до нуля.

Принципиальная электрическая схема электронного предохранителя блока питания радиоаппаратуры от короткого замыкания

Как видим, схема контура защиты от короткого замыкания достаточно проста, однако, надежно защищает блок питания от выхода его из строя.

Стабистор VD1 можно заменить цепью, состоящей из двух кремниевых диодов (например, КД102А), соединенных последовательно и включенных в том же направлении, что и стабилизатор VD1. Сопротивление резистора R1 определяется величиной напряжения, приложенного к параметрическому стабилизатору R1.1-VD1.1. Чтобы его измерить, нужно «плюс» вольтметра (постоянного тока) подключить к верхнему (на рисунке) выводу резистора R1.1, а «минус» — к аноду стабилитрона VD1.1. Так, при величине этого напряжения, например, 10 В, сопротивление резистора R1 должно быть около 4 кОм (использовать резистор с номиналом 3,9 кОм), а при 15 В — 6 кОм (5,6 кОм). Иными словами, ток через цепь R1-VD1 должен быть примерно равен 2,5…3 мА.

После сборки электронного предохранителя до окончательного подключения к блоку питания следует проверить его работоспособность. Для этого нужно эмиттер транзистора VT1 временно соединить с «минусом» блока питания. При этом напряжение на выходе блока должно снизиться почти до нуля (может быть не более 0,001 В). Измерять это напряжение желательно цифровым вольтметром. Если это не так, то транзистор VT1 необходимо заменить другим, отвечающим этому условию. После этого эмиттер транзистора VT1 следует подключить к «плюсу» Теперь уже можно смело замыкать выходные клеммы блока питания накоротко. Исправный контур защиты подвести не должен.

Вот только долго держать блок питания в таком режиме все же не рекомендуется, так как это может привести к перегреву регулирующего транзистора в стабилизаторе. Устранение короткого замыкания должно приводить к немедленному восстановлению выходного напряжения блока.