Выпрямитель сварочный

Виды преобразователей

Согласно тому, какая электрическая схема используется в данной конкретной модели преобразователя, все сварочные выпрямители подразделяются на следующие группы:

• выпрямители под условным обозначением «ВДМ», состоящие из понижающего трансформатора, мощного диодного мостика и сглаживающего конденсатора, имеющие всего один выход (пост);
• универсальные выпрямители, изготавливаемые по многопостовой схеме и подключаемые к сети 3-х фазного напряжения;
• выпрямители типа «инвертор», относящиеся к категории сложных электронных устройств с импульсным преобразованием входного напряжения.

Каждая из указанных разновидностей сварочных выпрямителей имеет свои достоинства и недостатки и применяется в соответствующих их техническим характеристикам условиях.

Однопостовые

Так, однопостовые аппараты отличаются относительно невысокой ценой, но при этом имеют один существенный недостаток, заключающийся в небольшой длительности непрерывной работы.

Они рассчитаны на рядового покупателя в любительском ранге, занимающегося сваркой лишь от случая к случаю.

Многопостовые

В отличие от «ВДМ» аппаратов многопостовые выпрямители имеют определённые преимущества, выражающиеся в увеличенной продолжительности непрерывной работы и в наличии отдельного блока управления (БУ) для каждого из постов. При этом все эти БУ содержат в своём составе специальный регулировочный элемент (реостат) и дроссельный ограничитель.

Указанные устройства широко применяются в производствах, специализирующихся на изготовлении металлоконструкций, а также на поточных сварочных линиях и обычных стройплощадках.

Инверторные

Сварочные выпрямители инверторного типа представляют собой сложную электронную конструкцию, работающую по схеме импульсного преобразования напряжения и дополненную активными элементами фильтрации и стабилизации.

Благодаря усовершенствованиям функциональные возможности этих агрегатов заметно расширяются. При работе с электронным инвертором удаётся легко зажигать дугу и обеспечивать ее стабильность на протяжении всего процесса сварки.

Различные модели инверторных устройств имеют несколько отличные от типовой схемы. Однако по принципу получения выпрямленного тока они относятся к одной и той же категории импульсных выпрямителей.

За счёт снижения веса преобразовательного модуля такие сварочные трансформаторы более удобны в обращении и транспортировке, чем обычные выпрямители.

Преимущества и недостатки

Устройства отличаются большой мощностью при небольшом размере. Самые компактные – инверторы. Эти генерирующие устройства принято выделять в отдельную группу. В них трансформатор занимает не больше 1/5 объема.

Основное отличие других сварочных выпрямителей от трансформаторов – способность генерировать постоянный ток вместо переменного. С этой способностью связаны основные достоинства выпрямителей:

• когда на плавящийся электрод подается однополярный заряд, он быстрее разгорается,
• снижаются энергопотери – КПД трансформатора намного ниже,
• горение дуги стабилизируется,
• при равномерном плавлении стержня в ванне расплава возникает меньше брызг, снижается травматизм, риск случайных возгораний,
• шов удобнее контролировать, он получается ровный,
• расширяются возможности сварки,
• расход присадочных материалов уменьшается, при большом объеме работ экономия ощутима.

Наряду с достоинствами у большинства выпрямителей есть недостатки:

• потери мощности все же есть,
• при «просадке» напряжения сети они хуже работают,
• способны выйти из строя даже при коротких замыканиях в электроснабжающей сети,
• многие модели боятся влажности, запыленности.

Виды сварочных трансформаторов

В продаже можно встретить такие сварочные аппараты трансформаторного типа, выпускаемые серийно:

1. Агрегаты с регулированием амплитуды, у которых нормальное магнитное рассеяние, а дроссель имеет воздушный зазор.
2. Сварочники на переменном токе с регулированием амплитуды, у которых увеличенное магнитное рассеяние – обмотки в подвижном состоянии или разнесенные, имеющие реактивный характер, магнит подвижный или шунт, который подмагничивается, со стабилизацией конденсаторной или импульсного типа.
3. Тиристорные модели, где регулируется фаза – стабилизация выполнена по импульсному типу либо методом подпитки.

В первых двух категориях сварочных трансформаторов бытовой или профессиональной комплектации регулировка амплитуды осуществляется за счет изменения трансформаторного сопротивления или при помощи регулировки напряжения, когда холостой ход. Форма однофазного сигнала, а именно синусоида, остается неизменной.

Сварочные трансформаторы-тиристорники имеют в своей схеме фазорегулирование. Основные типы таких агрегатов работают по принципу преобразования синусоиды сигнала в форму, близкую к импульсам разных чередующихся полярностей.

Схема сварочного трансформатора

Как уже отмечалось, принцип работы сварочного трансформатора заключается в понижении напряжения и повышении силы тока. В большинстве случаев устройство сварочного трансформатора довольно простое. Он состоит из металлического сердечника, двух обмоток – первичной и вторичной. На представленном ниже фото изображено устройство сварочного трансформатора.

С развитием электротехники принципиальная схема сварочного трансформатора совершенствовалась, и сегодня производятся сварочные аппараты, в схеме которых используются дроссели, диодный мост и регуляторы силы тока. На представленной схеме видно, как диодный мост интегрирован в сварочный трансформатор (фото ниже).

Одним из самых популярных самодельных сварочных трансформаторов является трансформатор с тороидальным сердечником, в силу его малого веса и прекрасных рабочих характеристик. Схема такого трансформатора представлена ниже.

Сегодня существует множество различных схем сварочных трансформаторов, начиная от классических и заканчивая схемами инверторов и выпрямителей. Но для создания сварочного трансформатора своими руками лучше выбирать более простую и надежную схему, не требующую использования дорогой электроники. Как, например, сварочный тороидальный трансформатор или трансформатор с дросселем и диодным мостом. В любом случае для создания сварочного трансформатора, кроме схемы, придется выполнить определенные расчеты, чтобы получить требуемые рабочие характеристики.

Устройство аппарата

После выделения и выпрямления мощными вентильными диодами токовой составляющей, на выходе сварочного выпрямителя формируется постоянный ток заданной величины, достаточный для образования мощной электрической дуги.

Полученный дуговой разряд и является той рабочей средой, которая необходима для сварки стальных заготовок и сплавов цветных металлов.

Для более полного ознакомления с агрегатом следует рассмотреть устройство сварочного выпрямителя с точки зрения подготовки его к свариванию заготовок.

При этом должны приниматься во внимание такие технические детали, как соблюдение полярности подключения проводов и другие рабочие моменты. С позиции пользователя (или оператора) выпрямитель представляет собой модификацию электронного устройства, к выходным контактам которого подключаются два сварных кабеля плюсовой и минусовой полярности

С позиции пользователя (или оператора) выпрямитель представляет собой модификацию электронного устройства, к выходным контактам которого подключаются два сварных кабеля плюсовой и минусовой полярности.

Один из ответных концов этих проводов подсоединяется к свариваемому изделию, а второй крепится на держателе электрода или встраивается в специальную газовую горелку.

В зависимости от условий сварки, а также от вида свариваемого материала выбирается требуемый режим работы и полярность подключения электродов к инструменту и заготовке.

Сам процесс соединения заготовок запускается посредством замыкания дуги между сплавляемой поверхностью и концом стержневого электрода. Дуга образуется за счёт сварочного тока, протекающего в цепи.

Все перечисленные элементы управления и подключения трансформаторного выпрямителя объединены на одной рабочей панели с продуманной эргономикой, обеспечивающей удобство обращения со сварочным аппаратом.

Расчет количества витков

Количество слоев для каждой обмотки определяем из величины площади сердечника по формуле K = 50 : Sс = 50/45 = 1,11 витка на один Вольт.

Внимание! В данной формуле, также, как и в первой, коэффициент 50 принят для трансформаторов с сердечниками типа П и Ш., для кольцевых сердечников будет равен 35 для, ШЛ и ШП – 40. Теперь определим величину максимального тока на первичной обмотке по формуле: Imax = P : U = 6750 : 220 = 30,71 А

На основании этих данных можно узнать количество слоев для намотки. Расчет ведется по формуле Wх =Uх * K. Для вторичной – это будет W2 = U2 х K = 60 х 1,11 = 67 витков

Теперь определим величину максимального тока на первичной обмотке по формуле: Imax = P : U = 6750 : 220 = 30,71 А. На основании этих данных можно узнать количество слоев для намотки. Расчет ведется по формуле Wх =Uх * K. Для вторичной – это будет W2 = U2 х K = 60 х 1,11 = 67 витков.

Количество слоев первичной обмотки узнаем, позже т.к. для этого необходимо применить другую формулу. Для регулировки мощности на выходе, от первичной обмотки производится несколько выводо. Количество витков для первичной намотки находим по формуле: W1ст = (U1 х W2): Uст, вит.

Где:

• Uст – напряжение на вторичной обмотке.
• U1 – напряжение первичной обмотки;
• W2 – количество витков вторичной обмотки;
• W1ст – количество первичной обмотки определенной ступени.

Но прежде необходимо рассчитать напряжение каждой ступени Uст. Для этого воспользуемся формулой U=P: I, В.

По формуле U = P : I, В. для исходного расчетного трансформатора Р= 6750 Вт, рассчитаем данные для четырех ступеней мощностью 95 А, 110 А, 135 А и 165 А., Подставив данные в формулу, получаем U1ст1=6750:95 =71 В, U1ст2=61 В, U1ст3=50 В, U1ст4=41 В.

Далее используем полученные данные для расчета намотки. По формуле W1ст = (U1 х W2): Uст, вит. получаем количество витков для каждой ступени (с округлением в большую сторону) W1ст1=(220х67): 71 =208 витка, W1ст2 = 242 W1ст3 = 295 витка, W1ст4 = 359 витков.

Прибавив к большему количеству витков значение от 6 %, получим необходимое расчетное общее количество витков первичной обмотки W1=359+18 = 377.

Наконец, рассчитаем сечение провода на первичной и вторичной обмотках. Для этого делим максимальный ток для каждой намотки на плотность тока. В результате расчета: Sвтор =165 : 3 = 55 мм2 , Sперв = 11 мм2.

В итоге расчета сварочного трансформатора, питающегося от однофазной сети U1 = 220В, мощностью 6,75кВт. получим:

Железо: П образные штампованные листы трансформаторной стали толщиной 0,5 мм Тип обмоток – круговые намотанные на каркас; Количество витков W1 =377 в., W2 = 67 в., Количество регулируемых ступеней – 4. при Iрег – 95 А, 110 А, 135 А и 165 А. Сечение провода Sвтор = 55 мм2, Sперв = 11 мм2

Особенности эксплуатации

Эксплуатация сварочных выпрямителей подразумевает знание электробезопасности при обслуживании. Включать выпрямитель можно исключительно при правильном заземлении через автоматический выключатель. Необходимо пользоваться исправным сетевым кабелем с защитой-заземлением.

В ходе работы нужно пользоваться только целым сварочным кабелем. Нельзя прикасаться к токоведущим деталям открытыми участками тела. Нельзя использовать прибор не по назначению. Прежде чем включить устройство в сеть, необходимо ознакомиться с инструкцией по эксплуатации, которая может несколько варьироваться в зависимости от типа устройства и особенностей конкретной модели.

Для обеспечения качественной и продолжительной работы надлежит правильно обслуживать и своевременно ремонтировать технику

Важно проверять токопроводящие элементы на предмет целостности изоляции. Нельзя работать с устройством без специального защитного кожуха

По необходимости нужно регулировать ток в выпрямителе.

Прежде чем включить устройство в сеть, его необходимо очистить от пыли. Помимо того, надлежит проверить на соответствие с паспортной инструкцией. Далее заземляют корпус, а также зажим вторичной сети, которая идет к изделию. После нужно проверить работу вентилятора

Важно следить за исправностью контактов, тепловой защиты, дуг, деталей

Установку же устройства должен проводить квалифицированный специалист. Сваркой может заниматься сварщик, который прошел обучение по работе с устройством и имеет группу электрической безопасности не меньше 2-й. В ходе эксплуатации агрегат своевременно очищают от пыли и загрязнений. Кроме того, его продувают сжатым воздухом, заполняя тугоплавкой смазкой поверхности, подвергающиеся трению.

В ходе эксплуатации необходимо оберегать агрегат от атмосферных осадков, загрязнений и сырости. По необходимости его установку можно осуществлять на стройплощадках. Однако делать это можно исключительно в особых помещениях передвижного типа. По возможности нужно ограждать устройство от механических ударов. При перерывах в работе выпрямитель обязательно выключают.

Если изделие устанавливают в цехе, для него огораживают специально отведенное место. Если нет необходимого напряжения, это говорит о неисправностях. К примеру, такое бывает из-за проблем с ветровым реле, а также засасыванием воздуха не с нужной стороны, поломках вентилей. Если не работает электрический двигатель, необходимо проверить агрегат на предмет обрыва цепи питания.

В следующем видео рассказывается о том, как выбрать сварочный аппарат.

Разновидности аппаратов

В продаже встречается просто огромное количество разновидностей рассматриваемого оборудования, все они имеют свои определенные достоинства и недостатки. Классификация промышленных сварочных выпрямителей проводится следующим образом:

1. однофазный;
2. двухфазный;
3. трехфазный.

Выпрямитель для проведения ручной дуговой сварки трехфазного типа состоит из 6-12 диодов, которые зачастую подключаются параллельно. Двухфазные характеризуются параллельным и последовательным подключением мостов.

Управляемый и неуправляемый выпрямители

Кроме этого, классификация может проводится по следующим критериям:

1. Сила тока на выходе. С увеличением этого показателя существенно повышается толщина обрабатываемого металла. Если устройство выдает небольшой ток, то можно будет проводить обработку тонких элементов. Также слишком высокий показатель силы тока позволяет применять сварочный аппарат для проведения резки металла.
2. Точность регулировки. Как ранее было отмечено, выпрямитель может использоваться для установки самых различных параметров тока. Чем выше показатель точности регулировки, тем более оптимальные условия для работы может себе обеспечить мастер.
3. Количество выходов для подключения. Сложное сварочное оборудование может применяться для одновременного подключения нескольких держателей для электродов. Подобная модель может понадобиться в том случае, когда работу поблизости одновременно выполняют несколько сварщиков. Однако, за счет усложнения конструкции она становится больше и дороже.
4. Эффективность охлаждения. Недорогие модели предназначены для бытового применения, так как могут эксплуатироваться на протяжении короткого промежутка времени. Это связано с тем, что конструкция не имеет эффективной системы охлаждения. Профессиональное оборудование может использоваться для сварки на протяжении длительного периода.
5. Размеры конструкции. Как правило, сварочные работы проводятся на выезде. Доставка всей аппаратуры может быть затруднена в случае, если оно имеет большой вес и габаритные размеры. В продаже встречаются компактные модели, которые просты в транспортировке.

Большой популярностью пользуются модели трехфазного типа. Это связано с тем, что они могут применяться для работы с металлом самой различной толщины. Однопостовой выпрямитель больше всего подходить для бытового применения, так как применяется при использовании только одного держателя электродов. В продаже есть и модели, которые позволяют подключать одновременно сразу несколько электрододержателей.

Универсальные современные сварочные выпрямители выпускаются достаточно большим количеством различных производителей. Марки во многом определяют качество сборки, срок службы и стоимость оборудования.

Для бытового применения подходить инверторный выпрямитель. Подобные модели можно охарактеризовать следующим образом:

1. За понижение напряжения отвечает трансформатор.
2. Устанавливается выпрямляющий блок, который отвечает за подачу постоянного напряжения.
3. Далее проводится преобразование в переменное электричество с высоким показателем частоты.

Сварочный выпрямитель

Подобное оборудование предусматривает использование переменного тока. Однако за счет существенного увеличения частоты подаваемого тока есть возможность применять инверторный выпрямитель для получения соединительных швов высокого качества. За счет существенного упрощения конструкции инверторы имеют относительно небольшие размеры, а также просты в эксплуатации.

Устройство и принцип работы

Классическая конструкция представлена сочетанием нескольких устройств, которые и обеспечивают контроль показателей тока. Основными блоками можно назвать:

1. диоды;
2. понижающий трансформатор;
3. охлаждающую систему, которая зачастую представлена вентилятором;
4. приборы для измерения показателя тока;
5. регуляторы различного типа.

Устройство сварочного выпрямителя позволяет с высокой точностью проводить регулировку показателей тока. В отличие от конструкции трансформатора оно может не только увеличивать силу тока, но и делать показатель постоянным, за счет чего и обеспечивается высокая устойчивость дуги.

Устройство сварочного выпрямителя

Принцип работы сварочного выпрямителя имеет следующие особенности:

1. Входящий ток изначально подается на первичную обмотку встроенного трансформатора понижающего типа.
2. За счет электромагнитной индукции происходит процесс понижения значения напряжения и повышения силы тока на вторичной обмотке. Схема современного сварочного выпрямителя определяет максимальное значение напряжения при холостом ходу 48В.
3. Создаваемое напряжение подается на установленные диоды. Новые модели изготавливаются при применении диодов на кремневой основе. Устанавливаются они в качестве полупроводника, который обеспечивает ход тока только в одну сторону. Именно за счет диодов обеспечивается постоянное напряжение, так как они устраняют колебание при реверсном ходе электричества.
4. Стоит учитывать, что на момент работы диоды существенно нагреваются. Именно поэтому все модели сварочных выпрямителей имеют систему охлаждения, которая в большинстве случаев представлена вентиляторами. При активном применении устройства постоянный обдув воздухом позволяет снизить температуру применяемых полупроводников. Некоторые модели снабжаются датчиком, который фиксирует перегрев системы.
5. Устанавливаются датчики, контролирующие напряжение. Они работают совместно с автоматом и могут отключить устройство в автоматическом режиме при высоком значении напряжения.
6. Регулятор устанавливается для того, чтобы можно было выбирать напряжение в зависимости от толщины свариваемого металла.

Создать выпрямитель сварочного аппарата своими руками достаточно сложно, так как для этого нужно владеть определенными навыками работы с электротехникой. Промышленные варианты исполнения обладают высокой точностью работы и надежностью, что определят их высокую популярность.

К особенностям устанавливаемых устройств регулировки отнесем нижеприведенные моменты:

1. В большинстве случаев регулировка ступенчатая. Она представлена секционным подключением обмотки.
2. При ступенчатой регулировке имеет значение шаг. Для управления секционным подключением обмотки устанавливается рычаг.
3. Большинство моделей для использования сильных токов имеют конструкцию, которая предусматривает отсекание части обмотки. За счет этого ток подается по короткой схеме.

Приведенная выше настройка достаточно грубая. Встречаются модели с тонкой настройкой, которая основана на применении метода дроссельного насыщения: устанавливается устройство между двумя кремневыми диодами и понижающим трансформатором. Дроссель – конструкция, представленная сочетанием нескольких катушек, через которые во время работы оборудования также подается ток. За счет переключения позиции регулятора изменяется и длина пути обмотки.

Большинство моделей имеет большую рукоятку на корпусе, за счет движения которой приводится в движение винтовой вал со вторичной обмоткой трансформатора. За счет изменения ее положения также регулируется протяженность пути, который преодолевает ток. Однако подобная настройка также характеризуется низкой точностью.

Схема сварочного выпрямителя

Практически все сварочные выпрямители имеют блок управления в виде сочетания различных рычагов и выключателей. За счет изменения их положения проводится регулировка характеристик подаваемого тока.

Способы регулировки тока в выпрямителях

Чтобы изменять значение ампер в сварочном преобразователе предусмотрено несколько вариантов управления. Большинство выпрямителей имеют ступенчатую регулировку за счет секционированного подключения первичной обмотки. Такой переключатель ставится в виде рукоятки, с двумя или тремя положениями. Если требуется сразу повысить силу тока до возможности производить сварку толстых пластин или резку, то часть первичной обмотки «отсекается», и ток идет по укороченной схеме. Для возвращения напряжение в обратную сторону схема переключается на более длинную часть первичной обмотки, и сила тока становится меньше, что удобно для сварки тонких листов.

Кроме грубой регулировки, воздействующей на трансформатор, в выпрямителях применяется тонкая настройка при помощи дросселя насыщения. Он устанавливается между кремниевыми диодами (выпрямляющим блоком) и понижающим трансформатором. Дроссель представляет собой ряд катушек, через которые проходит напряжение. Переключая рычаг управления, изменяется длина пути тока в обмотках и его сила.

Большинство моделей преобразователя имеет рукоятку на крышке корпуса, которая приводит в движение винтовой вал и платформу со вторичной обмоткой трансформатора. Изменение расстояния между обмотками также служит способом регулировки силы тока.

Самым эффективным для изменения сварочного напряжения является тиристорный блок. Его внедрение в схему позволяет контролировать длину подачи напряжения и его воздействие на металл. Благодаря тиристорам можно моделировать жесткую, пологопадающую и крутопадающую характеристики тока.

Обзор видов

Классифицировать сварочные выпрямители можно по нескольким характеристикам. К примеру, они отличаются уровнем сложности и дополнительным функционалом. Преобразователи варьируются типом конструкции и способом регулировки силовых параметров.

В зависимости от типа исполнения конструкции, способны обслуживать как 1, так и несколько постов одновременно. Исходя из этого, их делят на однопостовые и многопостовые. Однопостовые модели используют сварщики-непрофессионалы. Многопостовой тип изделий применяют в промышленных условиях. За счет жесткой вольт-амперной характеристики обеспечивается неизменность напряжения каждого поста даже при холостом ходе.

Согласно основной классификации, выпрямители могут иметь регулируемый трансформатор, дроссель, тиристор, транзистор и инвертор. Транзисторные варианты работают на полупроводниках. Работа инверторных разновидностей основана на частотном повышении токовой нагрузки.

Исходя из вольт-амперных данных, сварочные преобразователи бывают не только оснащенными дросселем, но также предназначенными для ручной дуговой сварки. Они делятся на модификации автоматической и полуавтоматической сварки. При этом регулировка напряжения может быть витковой, магнитной, фазовой и импульсной.

Изделия первого типа имеют витковый реостат, служащий для изменения данных силы тока. Магнитные поля в изделиях второго типа становятся полями возбуждения либо резистентности напряжения. При фазовом регулировании используется и нулевой кабель. Импульсные типы устройств регулируются за счет осциллографа.

Классифицировать модификации можно по другим критериям. Например, они отличаются силой тока на выходе. Чем выше этот показатель, тем большей может быть толщина сварочного шва и качественней рез металла. Если устройство выдает небольшой ток, оно годится для работы с тонкими элементами.

Модели варьируются точностью регулировки. Чем выше данные показатели у конкретного устройства, тем проще работа мастера. Среди прочих критериев стоит отметить эффективность охлаждения и габариты конструкций. Что касается эффективности охлаждения, то она сказывается на долговечности изделий. В этом плане профессиональное оборудование считается лучшим.

Кроме того, их разделяют по типу вентилей, способу регулировки, схеме выпрямления, типу формирования вешней характеристики. Помимо изделия с дроссельным насыщением, они бывают с секционными обмотками трансформатора и подпиткой. При этом типы могут предназначаться не только для автоматической и полуавтоматической, но и механизированной сварки.

По типу конструкции они бывают одно-, двух- и трехфазными. Каждый тип изделия имеет свои особенности, отличается схемой и работает по-своему. Фазовое управление состоит в смене угла управления тиристоров, приводящих к смене напряжения трансформатора.

Однофазные

Изделия данного типа смонтированы на однофазном трансформаторе, который рассчитан на сеть 220В. Их масса зависит от массы понижающего трансформатора. Однополупериодный выпрямитель состоит из 1 диода-выпрямителя. На выходе получается пульсирующий постоянный ток. Эти модификации могут быть полно- или полумостовыми.

Двухфазные

Эти модификации имеют параллельное и последовательное подключение постов. Они укомплектованы двухфазным трансформатором. Благодаря этому снижается уровень пульсации тока на выходе. А это, в свою очередь, увеличивает КПД сварочного прибора, что сказывается на качестве сварного шва.

Трехфазные

Модификации данного типа предназначены для проведения ручной дуговой сварки. Зачастую они имеют 6-12 диодов с параллельным подключением. Данная схема выпрямления считается одной из ходовых. Эта мостовая схема обеспечивает равномерную нагрузку на все фазы силовой сети. Такая схема устройства позволяет уменьшить пульсации тока.