Instrumenty

Transformator spawalniczy DIY

Dziś trudno sobie wyobrazić budowę i tworzenie różnych konstrukcji metalowych bez użycia transformatorów spawalniczych. Wysoka niezawodność połączeń konstrukcji i łatwość wykonywania pracy pozwoliły spawarce mocno zająć swoje miejsce w arsenale każdego budowniczego. Taki transformator można kupić w dowolnym sklepie ze sprzętem. Ale nie zawsze model fabryczny może spełnić określone wymagania i wymagania. Dlatego wielu próbuje samodzielnie wykonać transformator do spawania. Produkcja domowego transformatora spawalniczego odbywa się w kilku etapach, od obliczeń po instalację.

Aby zrozumieć cały proces wytwarzania transformatora do spawania własnymi rękami, musisz zrozumieć zasadę jego działania, która polega na zamianie napięcia 220 woltów na niższe napięcie do 80 woltów. W tym przypadku natężenie prądu wzrasta z 1,5 amperów do 160 – 200 amperów, a w przemyśle do 1000 amperów. Ta zależność dla transformatora spawalniczego jest również nazywana obniżającą charakterystyką woltamperową i jest jedną z podstawowych cech aparatury. To na podstawie tej zależności budowana jest cała konstrukcja transformatora spawalniczego i wykonywane są wszystkie niezbędne obliczenia oraz powstają różne modele spawarek..

Rodzaje domowych transformatorów do spawania

Od odkrycia zjawiska łuku elektrycznego i powstania pierwszej spawarki minęło ponad dwieście lat. Przez cały ten czas ulepszano transformator spawalniczy i metody spawania. Dziś można zobaczyć kilka różnych konstrukcji spawarek, o różnym stopniu złożoności i zasadzie działania. Wśród nich najbardziej popularne do samodzielnej produkcji są transformatory spawalnicze do zgrzewania oporowego i do łuku.

Transformator do spawania łukowego

Transformator do spawania łukowego

Transformatory do spawania łukowego są najbardziej rozpowszechnione wśród rzemieślników. Powodów tej popularności jest kilka. Po pierwsze, prosta i niezawodna konstrukcja aparatu. Po drugie, szeroki wachlarz zastosowań. Po trzecie, prostota i przenośność. Ale oprócz zalet opisanych powyżej, ręczne spawanie łukowe ma wiele wad, wśród których głównymi są niska wydajność i zależność jakości spoiny od umiejętności spawacza..

Ręczne spawanie łukowe jest najczęściej stosowane do różnych prac remontowo-budowlanych, produkcji konstrukcji metalowych i części konstrukcji, spawania rur. Za pomocą spawania łukowego możliwe jest zarówno cięcie, jak i spawanie metalu o różnych grubościach.

Transformator do zgrzewania punktowego

Konstrukcja takich transformatorów jest dość prosta. Urządzenie składa się z samego transformatora, regulatora prądu, uchwytu na elektrody oraz zacisku uziomowego. Osobno warto podkreślić centralny element – transformator. Jego konstrukcja może być kilku typów, ale najbardziej popularne są domowe transformatory spawalnicze z toroidalnym obwodem magnetycznym w kształcie litery U. Wokół rdzenia magnetycznego znajdują się dwa zwoje drutu miedzianego lub aluminiowego – pierwotne i wtórne. W zależności od charakterystyki pracy zmienia się grubość drutu na uzwojeniach, a także liczba zwojów.

Transformator do zgrzewania punktowego

Transformator do zgrzewania punktowego

Ten rodzaj spawania jest również nazywany zgrzewaniem oporowym, a transformatory do zgrzewania oporowego różnią się nieco od spawarek łukowych. Kluczowa różnica polega na metodzie spawania. Jeżeli więc przy spawaniu łukowym topienie następuje za pomocą łuku elektrycznego powstającego pomiędzy elektrodą a spawaną powierzchnią, to przy zgrzewaniu oporowym nagrzewanie punktowe spoiny prądem elektrycznym odbywa się za pomocą dwóch zaostrzonych elektrod miedzianych i wysokiego ciśnienia połączenie. W rezultacie metal przedmiotów obrabianych w miejscu uderzenia topi się i łączy.

Zgrzewanie punktowe znalazło szerokie zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, w budownictwie przy tworzeniu ramy ze zbrojenia do konstrukcji żelbetowych, spawaniu cienkich blach z aluminium, stali nierdzewnej, miedzi i innych metali wymagających specjalnych warunków spawania.

Urządzenie transformatorowe do zgrzewania punktowego

Konstrukcja transformatorów do zgrzewania punktowego również ma pewne różnice. Po pierwsze dotyczy to braku osadzonych elektrod. Zamiast tego stosuje się spiczaste styki miedziane, pomiędzy którymi znajdują się elementy do spawania. Po drugie, transformatory w takich urządzeniach mają mniejszą moc i są wykonane z rdzenia w kształcie litery U. Po trzecie, spawarki kontaktowe mają w swojej konstrukcji zestaw kondensatorów, który nie jest konieczny do spawania łukowego..

Ale niezależnie od tego, czy planujesz wykonać spawanie łukowe, czy transformator oporowy, musisz znać ich charakterystykę działania. I zrozum, za co każdy z nich jest odpowiedzialny i jak możesz zmienić tę lub inną cechę.

Charakterystyka transformatorów spawalniczych

Charakterystyka transformatorów spawalniczych

Wydajność transformatora spawalniczego zależy od jego charakterystyki wydajności. Wiedząc i rozumiejąc, za co odpowiada ta lub inna cecha, możesz łatwo obliczyć transformator spawalniczy i zmontować urządzenie własnymi rękami.

Napięcie sieciowe i liczba faz

Ta charakterystyka wskazuje napięcie sieci, z której będzie zasilany transformator spawalniczy. Najczęściej domowe transformatory spawalnicze są zaprojektowane na napięcie 220 V, ale czasami może to być 380 V. Podczas wykonywania obliczeń i tworzenia obwodu ten parametr jest jednym z głównych.

Znamionowy prąd spawania transformatora

Ta cecha jest fundamentalna dla każdego transformatora spawalniczego. Możliwość spawania i cięcia przedmiotu obrabianego metalu zależy od wartości znamionowego prądu spawania. W domowych i domowych transformatorach spawalniczych wartość prądu znamionowego nie przekracza 200 A. Ale to więcej niż wystarczająco, zwłaszcza że im wyższy ten wskaźnik, tym wyższa waga samego transformatora. Na przykład w przemysłowych transformatorach spawalniczych prąd spawania może osiągnąć 1000 A, a waga takich urządzeń będzie większa niż 300 kg..

Granice regulacji prądu spawania

Podczas spawania metalu o różnej grubości wymagana jest pewna siła prądu, w przeciwnym razie metal się nie stopi. W tym celu w konstrukcji transformatorów spawalniczych przewidziano regulator. Najczęściej granice regulacji są ustalane na podstawie konieczności użycia elektrod o określonej średnicy. W przypadku domowych spawarek łukowych limity regulacji wahają się od 50 A do 200 A. W przypadku transformatorów do zgrzewania oporowego limity kontrolne zaczynają się od 800 A do 1000 A i więcej.

Średnica elektrody

Aby spawać metal o różnych grubościach za pomocą tej samej spawarki łukowej, należy dostosować nominalny prąd spawania, a także użyć elektrod o różnych średnicach. Należy wyraźnie zrozumieć, że spawanie cienkimi elektrodami wymaga niskiego natężenia prądu, a dla grubszych przeciwnie, dużego. To samo dotyczy grubości metalu. Poniższa tabela przedstawia zestawienie średnic użytych elektrod w zależności od grubości metalu i natężenia prądu transformatora..

Ważny! W przypadku transformatorów zgrzewanych oporowo ważna jest również średnica elektrod. Ale jednocześnie używane są dwa parametry – średnica samej elektrody i średnica jej części w kształcie stożka..

Znamionowe napięcie robocze

Jak już wiemy, transformator spawalniczy pracuje w celu obniżenia napięcia wejściowego do niższej wartości. Napięcie wyjściowe nazywane jest nominalnym i nie przekracza 80 woltów. W przypadku transformatorów do spawania łukowego zakres napięcia znamionowego wynosi od 30 do 70 woltów. Co więcej, ta charakterystyka nie jest regulowana i jest wstępnie ustawiana. Transformatory do zgrzewania punktowego, w przeciwieństwie do łukowych, mają jeszcze niższe napięcie znamionowe, rzędu 1,5 – 2 woltów. Takie wskaźniki są całkiem naturalne, biorąc pod uwagę związek między napięciem a prądem. Im wyższe natężenie, tym niższe napięcie.

Nominalny tryb pracy

Ten występ jest jednym z kluczowych. Nominalny tryb pracy wskazuje, jak długo możesz pracować nieprzerwanie i ile potrzebujesz, aby ostygło. W przypadku samodzielnie wykonanych transformatorów spawalniczych tryb nominalny mieści się w zakresie 30%. Oznacza to, że z 10 minut 3 można gotować w sposób ciągły i odstawić na 7 minut..

Pobór mocy i moc wyjściowa

W rzeczywistości te dwa wskaźniki mają niewielki wpływ. Ale znając oba te wskaźniki, możesz obliczyć wydajność transformatora spawalniczego. Im mniejsza różnica między zużyciem energii a mocą wyjściową, tym lepiej. Należy zauważyć, że przy wykonywaniu obliczeń wartość poboru mocy musi być znana i uwzględniona..

Napięcie w obwodzie otwartym

Ten wskaźnik jest ważny dla transformatorów do spawania łukowego. Odpowiada za wygląd łuku. Im wyższa wartość, tym łatwiej zapalić łuk spawalniczy. Ale napięcie w obwodzie otwartym jest ograniczone przez zasady bezpieczeństwa i nie powinno przekraczać 80 woltów.

Schemat transformatora spawalniczego

Tworząc transformator do spawania własnymi rękami, nie można obejść się bez jego schematu. W rzeczywistości nie ma w tym żadnych szczególnych trudności, zwłaszcza że samo urządzenie transformatora jest dość proste. Poniższy schemat przedstawia najprostszy transformator do spawania łukowego.

Prosty transformator do spawania łukowego

Ważny! Ci, którzy są słabo zorientowani lub w ogóle nie rozumieją obwodów elektrycznych, powinni najpierw zapoznać się z GOST 21.614 „Warunkowe obrazy graficzne sprzętu elektrycznego i okablowania w oryginale”. I dopiero wtedy przystąp do tworzenia obwodu dla transformatora spawalniczego.

Wraz z rozwojem elektrotechniki i technologii poprawiono obwód transformatora spawalniczego. Dziś w domowych spawarkach można zobaczyć mostki diodowe i różne regulatory prądu spawania. Poniższy schemat transformatora do spawania łukowego pokazuje, w jaki sposób jest w nim zintegrowany mostek diodowy..

Schemat transformatora do spawania łukowego

Ważny! Najbardziej popularne wśród domowych transformatorów do spawania łukowego są toroidalne. Takie urządzenie ma doskonałe właściwości użytkowe, które są o rząd wielkości wyższe niż transformatorów z rdzeniem w kształcie litery U. Dotyczy to przede wszystkim wysokiej sprawności i prądu znamionowego, co korzystnie wpływa na całkowitą wagę urządzenia..

W przeciwieństwie do opisanych powyżej, obwód transformatora zgrzewania punktowego jest bardziej złożony i może zawierać kondensatory, tyrystory i diody. To wypełnienie pozwala na dokładniejszą kontrolę natężenia prądu, a także czasu zgrzewania styków. Przybliżony schemat transformatora do zgrzewania oporowego można zobaczyć poniżej..

Kontaktowy schemat transformatora spawalniczego

Oprócz powyższych schematów spawarek istnieją inne. Ich znalezienie nie będzie trudne. Umieszczane są zarówno w Internecie, jak iw różnych czasopismach i książkach o elektrotechnice. Mając schemat, który najbardziej Ci się podoba, możesz zacząć obliczać i montować transformator spawalniczy.

Obliczanie transformatora do spawania

Jak już opisano, transformator składa się z rdzenia i dwóch uzwojeń. To właśnie te elementy konstrukcyjne odpowiadają za podstawową wydajność transformatora spawalniczego. Wiedząc z góry, jaki powinien być prąd znamionowy, napięcie na uzwojeniach pierwotnym i wtórnym oraz inne parametry, obliczenia wykonuje się dla uzwojeń, przekroju rdzenia i drutu.

Obliczanie transformatora do spawania

Przy obliczaniu transformatora do spawania za podstawę przyjmuje się następujące dane:

  • napięcie pierwotne U1. W rzeczywistości jest to napięcie sieciowe, z którego będzie działał transformator. Może to być 220 V lub 380 V;
  • napięcie znamionowe uzwojenia wtórnego U2. Napięcie elektryczne, które powinno być po obniżeniu napięcia wejściowego i nie przekraczać 80 V. Wymagane do zajarzenia łuku;
  • prąd znamionowy uzwojenia wtórnego I. Ten parametr jest wybierany na podstawie tego, które elektrody będą spawane i jaka maksymalna grubość metalu może być spawana;
  • powierzchnia przekroju rdzenia Sс. Niezawodność aparatu zależy od obszaru rdzenia. Optymalna powierzchnia przekroju wynosi od 45 do 55 cm2;
  • powierzchnia okien Obszar okna rdzenia jest wybierany na podstawie dobrego rozpraszania magnetycznego, odprowadzania nadmiaru ciepła i wygody uzwojenia drutu. Za optymalne uważa się parametry od 80 do 110 cm2;
  • gęstość prądu w uzwojeniu (A / mm2). Jest to dość ważny parametr odpowiedzialny za straty elektryczne w uzwojeniach transformatora. W przypadku domowych transformatorów spawalniczych liczba ta wynosi 2,5 – 3 A.

Jako przykład obliczeń przyjmujemy następujące parametry transformatora spawalniczego: napięcie sieci U1 = 220 V, napięcie uzwojenia wtórnego U2 = 60 V, prąd znamionowy 180 A, pole przekroju rdzenia Sc = 45 cm2, pole okna So = 100 cm2 , gęstość prądu w uzwojeniu 3 A.

Pierwszą rzeczą do obliczenia jest moc samego transformatora:

P = 1,5 * Sń * So = 1,5 * 45 * 100 = 6750 W lub 6,75 kW.

Ważny! W tym wzorze współczynnik 1,5 ma zastosowanie dla transformatorów z rdzeniem typu P, Sh. Dla transformatorów toroidalnych współczynnik ten wynosi 1,9, a dla rdzeni typu PL, SHL 1,7.

Następnie obliczamy liczbę zwojów dla każdego z uzwojeń. Aby to zrobić, najpierw obliczamy liczbę zwojów na 1 V zgodnie ze wzorem K = 50 / Sс = 50/45 = 1,11 zwojów na każdy zużyty wolt.

Ważny! Podobnie jak w pierwszym wzorze współczynnik 50 stosuje się dla transformatorów z rdzeniem typu P, Sh. Dla transformatorów toroidalnych będzie to 35, a dla rdzeni typu PL, SHL 40.

Teraz obliczamy maksymalny prąd na uzwojeniu pierwotnym zgodnie ze wzorem: Imax = P / U = 6750/220 = 30,7 A. Pozostaje obliczyć zwoje na podstawie uzyskanych danych.

Aby obliczyć zakręty, używamy wzoru Wx = Ux * K. Dla uzwojenia wtórnego będzie to W2 = U2 * K = 60 * 1,11 = 67 zwojów. Obliczenia podstawowe wykonamy nieco później, ponieważ używana jest tam inna formuła. Dość często, zwłaszcza w przypadku transformatorów toroidalnych, wykonywane są obliczenia stopni regulacji prądu. Ma to na celu wyprowadzenie drutu w określonym skręcie. Obliczenia wykonuje się według następującego wzoru: W1st = (220 * W2) / Ust.

Gdzie:

Ust – napięcie wyjściowe uzwojenia wtórnego.

W2 – zwoje uzwojenia wtórnego.

W1st – zwoje uzwojenia pierwotnego pewnego stopnia.

Ale najpierw należy obliczyć napięcie każdego stopnia Ust. Aby to zrobić, użyjemy formuły U = P / I. Na przykład musimy wykonać cztery stopnie z regulacją na 90 A, 100 A, 130 A i 160 A dla naszego transformatora 6750 W. Podstawiając dane do wzoru, otrzymujemy U1st1 = 75 V, U1st2 = 67,5 V, U1st3 = 52 V, U1st4 = 42,2 V.

Otrzymane wartości podstawiamy do formularza obliczania zwojów dla kroków regulacji i otrzymujemy W1st1 = 197 zwojów, W1st2 = 219 zwojów, W1st3 = 284 zwoje, W1st4 = 350 zwojów. Dodając kolejne 5% do maksymalnej wartości uzyskanych zwojów dla 4 etapu otrzymujemy rzeczywistą liczbę zwojów – 385 zwojów.

Na koniec obliczamy przekrój drutu na uzwojeniach pierwotnym i wtórnym. Aby to zrobić, dzielimy maksymalny prąd dla każdego uzwojenia przez gęstość prądu. W rezultacie otrzymujemy Sperv = 11 mm2 i Svtor = 60 mm2.

Ważny! Obliczenia transformatora do zgrzewania oporowego przeprowadza się w ten sam sposób. Ale jest wiele istotnych różnic. Faktem jest, że prąd znamionowy uzwojenia wtórnego dla takich transformatorów jest rzędu 2000 – 5000 A dla transformatorów małej mocy i do 150 000 A dla potężnych. Dodatkowo dla takich transformatorów regulacja odbywa się do 8 stopni za pomocą kondensatorów i mostka diodowego..

Instalacja transformatora spawalniczego

Mając pod ręką wszystkie obliczenia i schemat, możesz rozpocząć montaż transformatora. Cała praca będzie nie tyle trudna, co żmudna, ponieważ będziesz musiał policzyć liczbę tur i nie zgubić się. Pomimo tego, że transformator toroidalny do spawania jest najbardziej popularny wśród urządzeń domowych, rozważ instalację na przykładzie transformatora z rdzeniem w kształcie litery U. Ten typ transformatora jest nieco łatwiejszy w montażu niż toroidalny i drugi pod względem popularności wśród domowych produktów..

Części pudełka transformatora domowej roboty

Rozpoczynamy pracę z tworzenie ramek do uzwojeń. Do tego używamy płyt tekstolitowych. Materiał ten służy do tworzenia płyt tłoczonych. Z płyt wycinamy części na dwa pudełka. Każde pudełko będzie składać się z dwóch pokryw górnych z otworami na cztery ścianki. Powierzchnia wewnętrznych szczelin będzie odpowiadać powierzchni przekroju rdzenia z niewielkim wzrostem ścianek pudełka. Przykładowy wygląd części pudełka można zobaczyć na zdjęciu..

Izolacja ramy transformatora spawalniczego

Po zmontowaniu ramek do uzwojeń izolujemy je izolacją żaroodporną. Potem zaczynamy nawijać uzwojenia.

Uzwojenie pierwotne transformatora spawalniczego Uzwojenie wtórne transformatora spawalniczego

Wskazane jest zabranie przewodów do uzwojeń z żaroodporną izolacją szklaną. To oczywiście będzie nieco droższe w porównaniu z konwencjonalnym okablowaniem, ale w rezultacie nie będzie bólu głowy związanego z możliwym przegrzaniem i uszkodzeniem uzwojeń. Po nawinięciu jednej warstwy przewodów izolujemy ją i dopiero po tym zaczynamy nawijać kolejną. Nie zapomnij zrobić zgięć na określonej liczbie motków. Pod koniec tworzenia uzwojeń nawijamy warstwę górnej izolacji. Na końcach zakrętów mocujemy miedziane śruby..

Ważny! Przed zamontowaniem i zamocowaniem śrub na końcach przewodów przeciągamy je przez dodatkowe otwory wycięte w górnej płycie ramki PCB.

Montaż rdzenia transformatora spawalniczego Rdzeń transformatora spawalniczego DIY z uzwojeniami

Teraz zaczynamy montować i laminować obwód magnetyczny transformatora spawalniczego. Dla niego używane jest żelazo, stworzone specjalnie do tego celu. Metal ma pewne wskaźniki indukcji magnetycznej, a nieodpowiednia marka może wszystko zepsuć. Metalowe płytki rdzenia można wyjąć ze starych transformatorów lub kupić osobno. Same płyty mają około 1 mm grubości, a złożenie całego rdzenia będzie wymagało jedynie cierpliwego połączenia wszystkich płyt ze sobą. Po zakończeniu sprawdź wszystkie uzwojenia testerem pod kątem błędów..

Instalowanie mostka diodowego w domowym transformatorze spawalniczym

Po zakończeniu montażu transformatora wykonujemy mostek diodowy i zainstaluj regulator prądu. Do mostka diodowego stosujemy diody typu B200 lub KBPC5010. Każda dioda ma prąd znamionowy 50 A, więc do transformatora spawalniczego o prądzie znamionowym 180 A wymagane są 4 takie diody. Wszystkie diody są przymocowane do aluminiowego radiatora i połączone równolegle z dławikiem do odczepów uzwojeń. Wszystko, co pozostaje, to złożyć obudowę i umieść tam transformator spawalniczy.

Domowy transformator spawalniczy

Dobry transformator spawalniczy DIY może nie działać za pierwszym razem. Przyczyn tego jest wiele, począwszy od błędów w obliczeniach, a skończywszy na braku doświadczenia w montażu i instalacji sprzętu elektrycznego. Ale wszystko przychodzi z doświadczeniem, a raz lub dwa razy przewijając uzwojenia transformatora, możesz uzyskać pożądany efekt.