Сварочный трансформатор из статора электродвигателя

Дата: 2015-04-17 22:47
 

Использовать по два кольца в вышеописанных конструкциях приходится не столько из-за необходимости наращивания площади сечения магнитопровода, сколько для уменьшения количества витков, иначе они просто не вместились бы в узкие окна. Было бы достаточно площади сечения и одного крупного кольца: он имел бы даже лучшие характеристики по плотности магнитного потока. Изобретательская мысль нашла весьма оригинальное решение этой задачи.

Многие самодельные СТ намотаны на материале магнитопровода от вышедшего из строя крупного асинхронного трехфазного электродвигателя. Такой тип двигателей наиболее распространен в промышленности и в оборудовании, а поскольку перегоревшие обмотки в них перематывают редко, то найти подобное железо не очень сложно. Для изготовления сварочного трансформатора подходят двигатели мощностью, близкой к 4 кВт и более.

Конструкция асинхронного электродвигателя достаточно проста — состоит он из вращающегося на валу ротора и неподвижного статора, впрессованного в металлический корпус мотора. Соединяется всё это двумя боковыми крышками, стянутыми между собой шпильками. Разобрать его очень просто, достаточно открутить гайки на шпильках крышек. Крышки снимаем, ротор вытаскиваем и оставляем только статор, который и представляет для нас интерес (рис. 52, а).

Использование статора электродвигателя в качестве магнитопровода

Рис. 52. Использование статора электродвигателя в качестве магнитопровода:
а — извлеченный из корпуса статор без обмоток; б — срубание гребней пазов; в — частично перекрывающиеся обмотки; г — разнесенные обмотки; д — сборочный чертеж СТ; 1 — нижний щит; 2 — вторичная обмотка; 3 — верхний щит; 4 — болт стяжки; 5 — вентилятор; 6 — магнитопровод; 7 — первичная обмотка; 8 — узлы крепления выпрямителя; 9 — ножки. Стрелками указано направление потоков воздуха

Статор состоит из магнитопровода круглой формы, запрессованного в чугунный или алюминиевый корпус двигателя, и обмоток двигателя, плотно уложенных в продольные пазы изнутри магнитопровода. Провода необходимо полностью удалить, и делать это лучше, пока статор еще запрессован в корпусе.

Иногда удается извлечь обмотку, не повредив изоляцию проводов. Это особенно ценно, если у проводов изоляция из стеклоткани, ведь тогда они подойдут для первичной обмотки трансформатора. А вначале нужно с помощью планки из древесины твердых пород или текстолитовой пластины молотком выбить клинья, удерживающие обмотку в пазах.

Если же извлечь обмотку целой не удается, с одной стороны статора все выводы обмоток бывшего двигателя обрубают под торец острым зубилом. Можно спилить выступающие части обмоток ножовкой по металлу. С противоположной стороны провод обрезать не следует — там обмотки образуют петли, за которые можно будет вытянуть оставшиеся провода. Монтировку или мощную отвертку просовывают в изгибы петель и вытаскивают провода. Торец корпуса двигателя при этом служит упором для рычага, образованного инструментом.

Провода выходят легче, если их сначала обжечь. Обжигать можно паяльной лампой, направляя струю пламени строго вдоль паза. Но надо следить, чтобы не перегреть железо статора, иначе оно потеряет свои электротехнические качества. Металлический корпус потом легко разрушить: несколько хороших ударов молотком — и он расколется. Главное — не перестараться и не повредить статор.

При удалении корпуса сразу надо обратить внимание на способ крепления набора пластин магнитопровода. Пластины могут быть скреплены между собой в единый пакет, а могут быть просто уложены в корпус и зажаты с торца стопорной шайбой. В последнем случае при удалении обмоток и разрушении корпуса магнитопровод рассыплется на пластинки. Чтобы этого не произошло, еще до полного разрушения корпуса пакет пластин необходимо скрепить воедино. Их можно стянуть шпильками сквозь пазы или потом проварить продольными швами, но только с одной — внешней — стороны. Сварка менее желательна, так как увеличатся паразитные токи Фуко.

Слишком большой по площади набор пакета магнитопровода, что характерно для особенно крупных двигателей, нежелателен, так как он весит избыточно много. Все лишнее железо нужно отделить перед окончательной сборкой магнитопровода. Возможно, его хватит даже на два трансформатора. Для этого отгибают пластины, стягивающие сердечник (обычно они находятся на его наружной поверхности), снимают часть сердечника, а оставшуюся часть вновь крепят с помощью пластин, предварительно сжав сердечник тисками.

После того как кольцо магнитопровода двигателя надежно скреплено и отделено от обмоток и корпуса, его плотно изолируют. Особое внимание уделяют острым углам на краях пазов. Лучше сначала положить на торцы магнитопровода вырезанные из жесткого диэлектрического материала кольца, чтобы закрыть пазы и перекрыть их острые углы.

Кольцо статора имеет внушительные размеры. Например, внутренний диаметр порядка 150 мм позволяет уложить провод значительного сечения, не беспокоясь о запасе места. Площадь поперечного сечения такого магнитопровода периодически меняется по длине кольца из-за пазов, внутри паза ее значение намного меньше. Именно на это эффективное меньшее значение и следует ориентироваться при расчете количества витков первичной обмотки (рис. 52, а).

Конечно, пазы с внутренней стороны магнитопровода создают определенные неудобства, и многие разработчики рекомендуют полностью вырубить Т-образные выступы пазов. Для этого берут остро заточенное зубило или крейцмейсель и ставят так, чтобы боковая грань его острия скользила по боковой поверхности сердечника (рис. 52, б). Ширину зубила подбирают несколько больше ширины основания зубца, но при работе оно не должно касаться соседних зубцов. Тогда зубило скользит по поверхности пазов, образуя чистую поверхность. Неровности подправляют абразивным кругом.

Срубание зубцов, безусловно, улучшит форму магнитопровода и, что еще более важно, уменьшит его вес. Однако такая работа довольно сложна. Удалять же зубцы газовой или электродуговой резкой не рекомендуется, так как нагрев нарушит структуру металлических листов и ухудшит характеристики собираемого трансформатора. Кроме того, это может привести к деформации сердечника. В то же время на сварочные свойства трансформатора пазы, в общем-то, влияют мало: сварочные характеристики остаются хорошими. Поэтому большинство самодельщиков пазы не трогает.

!!! Иногда встречаются рекомендации набить пазы обмоток трансформаторным железом, якобы для увеличения площади магнитопровода. Делать это ни в коем случае нельзя, иначе свойства трансформатора резко ухудшатся, он начнет потреблять непомерный ток, а его магнитопровод будет сильно греться даже в режиме холостого хода.

В качестве примера рассмотрим параметры СТ, изготовленного из статора трехфазного асинхронного электродвигателя мощностью 4,18 кВт с внутренним диаметром кольца магнитопровода 150 мм, внешним — 240 мм и высотой 122 мм. Эффективная площадь сечения магнитопровода в этом случае равна 29 см2. Первичная обмотка имеет 315 витков медного провода диамнтром 2,2 мм, вторичная рассчитана на напряжение 56 В и выполнена из нескольких проводов ПЭВ общим сечением 22 мм2. Можно использовать и алюминиевые провода с поперечным сечением в 1,65 раза больше, чем медных. Первичная обмотка намотана в два с половиной слоя с изолированием каждого слоя хлопчатобумажной лентой или стеклотканью, вторичная уложена на 3/4 длины кольца. При намотке вторичной обмотки ее желательно укладывать так, чтобы она не перекрывала последнюю часть первичной, тогда первичную обмотку можно будет домотать или отмотать при окончательной настройке (рис. 52, в). Чтобы регулировать силу сварочного тока, во вторичной обмотке необходимо предусмотреть дополнительные отводы с напряжением 50, 44, 38 и 32 В. Методика намотки такого трансформатора ничем не отличается от вышеописанной методики намотки провода на магнитопровод из ЛАТРа, разве что большой диаметр окна позволяет работать гораздо спокойнее.

Такой трансформатор можно намотать и с разнесенными на разные плечи обмотками (рис. 52, г). В этом случае можно всегда иметь доступ к каждой из них.

Трансформатор в дуговом режиме развивает ток порядка 180 А при напряжении питания 230 В. Заметным недостатком трансформатора можно считать разве что его немалый вес — до 40 кг в корпусе.

Корпус же можно сделать тем же методом, что и для трансформатора из ЛАТРа, — из двух фанерных щитов. Не помешает и принудительное охлаждение СТ, особенно если планируется длительная работа. Но благодаря тому, что окно магнитопровода в данном случае больше и обмотки намотаны не настолько плотно, вертикальное расположение конструкции не обязательно. К нижнему щиту прикручиваются деревянные ножки, обеспечивающие зазор, достаточный для подсоса воздуха, а вентилятор, работающий на выдувание, закрепляют на верхнем щите.