Особенности конструирования любительских ЭСА

Дата: 2015-04-28 19:52
 

ЭСА состоит из собственно трансформатора, двух электродов и механизма их крепления. При достаточной его мощности толщина свариваемых изделий может достигать 3—4 мм.

Для нормальной работы ЭСА в первую очередь необходимо:

1. Обеспечить номинальный сварочный ток (1св), величина которого может колебаться от 1,5 до 5—6 тыс. ампер в зависимости от типа и толщины свариваемых изделий.

Например, тонколистовые кузовные детали автомобилей сваривают током 4000—4500 А.

2. Обеспечить требуемое усилие прижима электродов и длительность сварки, которое устанавливают эмпирическим путем после проверки качества сварки на опытном образце.

Как правило, усилие при сварке не превышает 20—25 кг, а длительность его — 0,8—0,9 с.

3. Обеспечить оперативное включение и выключение ЭСА. В отличие от обычного сварочного аппарата, выходное напряжение холостого хода (ихх) ЭСА не имеет существенного значения и в зависимости от его конструкции может изменяться в достаточно широком диапазоне — от 1—2 В до 5—7 В и более, однако чаще всего не превышает 4—5 В.

В любительском ЭСА коммутация первичных и тем более вторичных обмоток, в отличие от промышленных аппаратов, использующих сложный в изготовлении механизм переключения, не предусматривается. Соответственно, дополнительные отводы от первичной и вторичной обмоток трансформатора делать нецелесообразно. Для обеспечения требуемого тока сварки при различной толщине свариваемого металла возможно использование балластного сопротивления, которое состоит из куска нихромовой проволоки диаметром 3—4 мм соответствующей длины. Балластное сопротивление включают последовательно в цепь сварочной обмотки и подбирают опытным путем.

Необходимо обеспечить аппарат удобными и безопасными зажимами для сварки и короткими, с большим сечением сварочными проводами.

Для изготовления промышленных ЭСА используются магнитопроводы стержневого типа, как более технологичные. В бытовых ЭСА обычно тоже используют сердечники данного типа. Магнитопровод трансформатора набирают из изолированных друг от друга пластин электротехнической стали, стянутых шпильками. При подборе сердечника необходимо учитывать размеры окна, чтобы поместились обмотки сварочного аппарата, и площадь поперечного сечения сердечника (керна), которая должна быть не менее 50—55 см2. Сечение сердечника менее 45 см2 брать не рекомендуется.

!!! ЭСА на тороидальных магнитопроводах благодаря высоким электротехническим характеристикам тоже неплохо себя зарекомендовали. При этом трудозатраты на изготовление тороидов, в отличие от СТ для обычной электросварки, не намного выше, чем на сердечниках стержневого типа. Во-первых, ЭСА имеют большую площадь поперечного сечения сердечника (керна), а следовательно, и небольшое число витков первичной обмотки. Во-вторых, низкое и», сварочной обмотки предопределяет малое число ее витков (обычно не более 3—5).

Правила намотки обмоток те же, что и для обычных СТ. Первичную обмотку отделяют от вторичной и от магнитопровода изоляционным картоном. Вторичная обмотка трансформатора состоит из нескольких секций, соединенных параллельно.

Подбор сечения обмоточных проводов проводится с учетом специфики работы ЭСА — периодически-кратковременной. При токе сварки 4000—5500 А мощность вторичной обмотки составит 4—5,5 кВт, мощность первичной обмотки с учетом потерь составит порядка 5,5—6 кВт, а следовательно, максимальный ток первичной обмотки может достигать 25—30 А.

Следовательно, сечение провода первичной обмотки должно быть не менее 5—6 мм. На практике желательно использовать провод сечением 6—7 мм2. Это либо прямоугольная шина, либо медный обмоточный провод диаметром 2,6—3 мм (без изоляции).

При недостаточном сечении провода возможна намотка в два провода. При использовании алюминиевого провода его сечение необходимо увеличить в 1,4—1,6 раза.

Число витков первичной обмотки определяется из следующего соотношения:

Число витков первичной обмотки

где 30—35 — постоянный коэффициент; S — сечение керна, см2; U1 — напряжение сети, В. Для U1 = 220 В и сечения керна S = 50—55 см2 W1 = 140—145 витков.

Вторичная обмотка W2 должна содержать 4—5 витков медной изолированной шины суммарным сечением не менее 200 мм2 (лучше сечением 240—250 мм2). Вполне подойдет и гибкий многожильный провод (например, сварочный) и трехфазный силовой многожильный кабель. Главное — сечение силовой обмотки не должно быть меньше требуемого, а изоляция — теплостойкой и надежной. Однако выполнить вторичную обмотку из одного толстого провода требуемого сечения трудно. Легче сделать несколько обмоток и соединить их параллельно. Такой метод в основном и используется при изготовлении большинства самодельных ЭСА.

При расположении обмоток на магнитопроводе стержневого типа сетевая обмотка чаще всего состоит из двух одинаковых обмоток W11 и W12, расположенных на разных сторонах сердечника, соединенных параллельно и имеющих одинаковое сечение проводов. Намотку первичной обмотки выполняют равномерно по всей длине сердечника, после чего проверяют на предмет наличия короткозамкнутых витков и правильности выбранного числа витков. Трансформатор включают в сеть через плавкий предохранитель (4— 6 А). Если предохранитель сгорает или сильно греется — это явный признак короткозамкнутого витка. Следовательно, первичную обмотку придется перемотать, обратив особое внимание на качество изоляции. Если сварочный аппарат сильно гудит, а потребляемый ток превышает 2—3 А, то это означает, что число первичной обмотки занижено и необходимо подмотать еще некоторое количество витков.

Вторичную обмотку ЭСА также наматывают на двух сторонах сердечника поверх первичной. Намотка секционная, равномерная. Например, если на одной стороне керна намотано три секции по пять витков, то и на противоположной стороне должно быть намотано такое же количество секций и витков. Все вторичные обмотки соединяют параллельно.

Порядок намотки и расположения обмоток на магнитопроводе тороидального типа более прост. Сетевая обмотка состоит из одной обмотки W1 равномерно намотанной по всей окружности сердечника. Вторичная обмотка состоит из нескольких параллельно соединенных обмоток, также равномерно намотанных по всей длине окружности сердечника. Число обмоток (секций) определяется толщиной провода и может составлять от двух-трех до пяти-шести суммарным сечением не менее требуемого.

Контактно-точечную сварку производят с помощью электродов, изготавливаемых из медных прутков, не тоньше диаметром 15 мм. Концы электродов заточены на конус с плоской контактной поверхностью. Диаметр этой поверхности должен быть на 3 мм больше двойной толщины свариваемых листов, т. е. D = 2S + 3, где D — диаметр контактной поверхности, мм; S — толщина свариваемого материала, мм.

С течением времени контактная поверхность электродов изнашивается. Она становится значительно больше первоначальной, что изменяет режим сварки и снижает ее прочность. Чтобы качество сварки было всегда высоким, электроды необходимо периодически зачищать напильником с мелкой насечкой, приводя их контактную поверхность в первоначальный вид.

Вышеприведенные правила и методики относятся к стабильно работающим образцам ЭСА. В то же время при изготовлении самодельных устройств от некоторых из них можно слегка отступить в силу того, что у многих любителей ЭСА обычно работает редко, а толщина соединяемых деталей невелика. В частности, число витков первичной обмотки можно взять минимально расчетное в связи с кратковременностью работы СА, а для нужд радиолюбителя и мощность аппарата (и, соответственно, сечение магнитопровода) может быть немного меньшей. Кроме того, мощность, отдаваемая в момент сварки, должна быть максимальной, но не более 5—5,5 кВт. В этом случае потребляемый из сети ток не превысит 25 А.

Рассмотрим несколько подобных конструкций.