Р2 = U2хх∙I2р,
где Р2 — полная мощность вторичной обмотки, В∙А;
U2xx — напряжение холостого хода вторичной обмотки, В;
I2р — рабочий ток вторичной обмотки, А.
Величина I2р нормирована для каждого диаметра электрода и уменьшать ее не рекомендуется, так как это ухудшает качество сварного шва. Например, для электродов диаметром 3 мм, I2р = 100–120, для электродов диаметром 4 мм I2р = 180–200 А и т. д. Остается напряжение холостого хода U2xx. Для сварочных трансформаторов промышленного назначения его величина выбирается равной 65–70 В. И это вполне оправдано, если не обращать внимание на энергопотребление сварочного аппарата.
Около 14 лет назад автор данной статьи также столкнулся с проблемой снижения энергопотребления при постройке собственного сварочного аппарата. Эксперименты показали, что современная обмазка электродов позволяет зажигать дугу и поддерживать устойчивым ее горение даже при напряжении холостого хода U2xx = 28 В! Конечно, дуговой промежуток был очень маленьким, и любое небрежное движение сварщика приводило к гашению дуги. Кроме этого, дуга становилась «капризной» на зажигание, если поверхность свариваемых изделий содержала ржавчину или была покрыта оксидной пленкой. Да и не все типы электродов допускали такой режим. Лучшие результаты сварки под низким напряжением показали электроды диаметром 3 мм АНО-21 (торговая марка «Тигарбо») Каменского опытного механического завода. (Эти электроды очень популярны на Юге России!)
Уйдем от этой нижней границы. Оказалось, что напряжение U2xx = 36–40 В позволяет успешно варить даже начинающему сварщику. При таком напряжении валик сварочного шва получался ровным, так как отсутствовало разбрызгивание капель жидкого металла, а шлаковая пленка была тонкой и легко отслаивалась от изделия. Но самое главное — резко снизилось энергопотребление сварочного трансформатора до 3,5–4 кВт, что сделало его абсолютно пригодным для домашнего применения. Семейный бюджет получил при этом существенный выигрыш.
С учетом изложенного выше можно сделать вывод: в любом сварочном трансформаторе после несложной доработки можно ввести экономичный режим. Для этого во вторичной обмотке необходимо сделать отвод на напряжение 36–40 В. Желательно в трансформаторе также иметь возможность плавного регулирования сварочного тока. Предлагаю один из вариантов экономичного сварочного трансформатора для домашнего применения. В качестве объекта для модернизации был выбран сварочный аппарат, сконструированный В. Мотузасом (В. Мотузас. Компактный, безопасный, бесшумный — журнал «Сельский механизатор», № 2, 1987 г., с. 26). Так как большинство читателей мало знакомо с этим узкоспециализированным изданием, я, там где это необходимо, повторю некоторые технологические приемы его изготовления. После модернизации сварочный аппарат имел следующие технические характеристики:
экономичный режим
— напряжение холостого хода 36В;
— рабочий ток 20-100 А;
— диаметр электрода 1,5, 2, 3;
— мощность, потребляемая из сети:
минимальная — 750 Вт;
максимальная — 3800 Вт;
— регулирование рабочего тока: плавное;
— род тока: переменный;
форсированный режим
— напряжение холостого хода 50 В;
— рабочий ток 80-140 А;
— диаметр электрода 3;
— мощность, потребляемая из сети:
минимальная — 4500 Вт;
максимальная — 7500 Вт;
— регулирование рабочего тока: плавное;
— род тока: переменный.
В качестве магнитопровода используется статор от списанного электродвигателя, мощностью 12–15 кВт. Чтобы извлечь магнитопровод из корпуса статора, его надо разбить и удалить обмотку электродвигателя. Получится чистый магнитопровод (рис. 1).
Рис. 1.Магнитопровод
Зубилом вырубаем на магнитопроводе 12 пазов для намотки первичной обмотки. Вырубать пазы зубилом нетрудно, металл магнитопровода мягкий. При этом обязательно используют защитные очки: срубленные пластинки могут попасть в глаза. Вырубленный участок обмотаем куском ткани и пропитаем его эпоксидным клеем или лаком. Когда клей высохнет, на этот участок намотаем первичную обмотку W1 (рис. 2).
Рис. 2.Расположение обмоток
Наматываем ее в несколько слоев так, чтобы начало и конец обмотки были внизу катушки. Каждый слой друг от друга изолируем тканью, пропитанной эпоксидной смолой или лаком. Верхний слой покрываем двумя слоями ткани, пропитанной эпоксидной смолой.
Затем приступаем к изготовлению каркаса для вторичной обмотки. Он должен свободно перемещаться по всей поверхности магнитопровода (в том числе по поверхности первичной обмотки). С этой целью на поверхности первичной катушки намотаем виток к витку кабель диаметром 8-10 мм (с изоляцией). Он будет служить вспомогательной обмоткой. Поверх кабеля накладываем целлофановую пленку. Все это обматываем тканью (мешковиной), пропитанной эпоксидной смолой. Сюда же необходимо приклеить две удерживающие пластины и две клеммы (алюминиевые полоски) для вторичной обмотки (рис. 3).
Рис. 3.Каркас вторичной обмотки
После высыхания клея, целлофан и вспомогательную обмотку удаляют. Для придания жесткости, каркас вторичной обмотки покрывают еще одним слоем ткани, пропитанной эпоксидной смолой. После высыхания смолы можно приступать к намотке вторичной обмотки. В качестве материала используется медная (алюминиевая) шина или провод круглого сечения в изоляции. Для расчета числа витков первичной и вторичной обмоток вначале определяется сечение магнитопровода (S, см2):
S = а∙в (см. рис. 1).
Затем определяем число витков на один вольт:
Т = 40/S.
Рассчитываем число витков в первичной W1 и вторичной W2 обмотках:
W1 =220∙Т, W2 = 36∙Т — экономичный режим,
W2 = 50∙Т — форсированный режим.
Примечание. Вторичную обмотку наматывают в такой последовательности:
— наматывают витки экономичного режима,
— рассчитывают число витков форсированного режима,
— доматывают «разницу» между числом витков форсированного и экономичного режимов.
Схема модернизированного трансформатора показана на рис. 4.
Рис. 4.Схема трансформатора после модернизации (экономичный режим)
В качестве примера приведу данные своего сварочного трансформатора. У него форсированный режим введен по-другому: в первичной обмотке делается отвод W1ф, положение которого рассчитывается по формуле:
W1ф = 220∙(30/S).
S = 46 см2, Т = 40/46 = 0,87; W1 = 191, W1ф = 143, W2 = 32.
Первичная обмотка содержит 191 виток с отводом от 143-го витка, провод ПЭТВ диаметром 2,12 мм, вторичная обмотка намотана алюминиевым проводом круглого сечения в изоляции, диаметром 8 мм. Чтобы быстро переходить от экономичного режима к форсированному, поступают следующим образом. Из изоляционного материала (текстолит, гетинакс) толщиной 5–6 мм вырезают пластину для выводов первичной обмотки. В ней сверлят 3 отверстия диаметром 5 мм на расстоянии 20 мм друг от друга по одной прямой. Из медной проволоки диаметром 5 мм отрезают 3 куска длиной 45 мм. На них с одного края нарезают резьбу М5. С помощью гаек эти стержни укрепляют на пластине и сюда же присоединяют выводы от первичной обмотки в определенной последовательности (рис. 5 и 6).
Рис. 5.Подключение первичной обмотки в авторском варианте (экономичный режим)
Рис. 6.Подключение первичной обмотки (форсированный режим)
Саму пластину крепят к основанию трансформатора с помощью двух уголков. Сетевой шнур с одной стороны имеет штекерный разъем, который позволяет легко переходить от экономичного режима к форсированному.
Последним готовится основание транс-форматора. Здесь подойдет любой изоляционный материал достаточной прочности, например, многослойная фанера, древесина и т. п. Для мобильности к основанию можно приспособить небольшие колесики от стиральных машин старых выпусков типа «Волга», «Ока». Общий вид сварочного трансформатора показан на рис. 7.
Рис. 7.Сварочный трансформатор (общий вид)
При работе в домашних условиях используют в основном экономичный режим. Переход в форсированный режим осуществляют перестановкой сетевого разъема на щитке выводов первичной обмотки. Однако работать в этом режиме длительное время не рекомендуется по причине, указанной в начале статьи. Плавная регулировка тока в обоих режимах осуществляется простым перемещением вторичной обмотки по магнитопроводу. Наибольшего значения сварочный ток достигает в положении, когда вторичная обмотка находится поверх первичной. Чтобы зафиксировать вторичную обмотку в определенном положении, используют деревянные брусочки, вставляя их в пазы статора.
Если есть возможность подключения сварочного трансформатора к автономному источнику питания (домашней электростанции), то работа в форсированном режиме осуществляется без ограничений.
Конечно, изготовление такого трансформатора достаточно трудоемкий процесс. Но, построив его, вы действительно, забудете все проблемы.
Литература
1. Денисов Ю.А., Кочева Г.Н., Маслов Ю.А. и др. Справочник сварщика. — М.: Машиностроение, 1982.
2. Володин В. Сварочный трансформатор: расчет и изготовление. — Журнал «Радио», N°№ 11–12, 2002 г.
3.