Зварювання металів
Прості випрямлячі пристрої
Зварювальні апарати постійного струму складаються з добре відомого зварювального трансформатора і пристрою, що перетворює змінний струм на постійний. Причому перероблений може бути будь-який СТ, тому їх конструкції ми більше не розглядатимемо. Займемося тим, що дозволяє отримати постійний (а також регульований) зварювальний струм.
Найпростіший спосіб отримати зварювальний апарат постійного струму - підключити до висновків вторинної обмотки СТ мостовий випрямляч (рис. 59).
Мал. 59. Мостовий випрямляч у складі простого зварювального апарату: SA1 - мережевий вимикач живлення; FU1 - запобіжник 10-16 А; Т1 - зварювальний трансформатор; U2 - вихідна змінна напруга зварювального трансформатора; VD1-VD4 - випрямний міст (діоди В200, ВД161 і т. п.)
Випрямлювальний міст у аматорських схемах найчастіше виконаний на основі потужних діодів типу Д161-200, Д161-320, В200. Ці діоди мають значні розміри, які корпус посаджений на алюмінієві радіатори. Причому корпус діода, а значить, і великий радіатор знаходяться під напругою, тому діоди з радіаторами повинні кріпитися так, щоб не торкатися струмопровідних частин корпусу апарату. При цьому повинні використовуватися дві групи різнополярних діодів: одна пара з катодом на різьбовому виводі та пара, у якої на вирізі анод 1 .
1 . В позначеннях силових випрямляючих діодів, що випускаються відповідно до ГОСТ-20859, для маркування діодів зі зворотною полярністю введено спеціальний символ X. Наприклад, Д161-200Х-8. Це розшифровується так: діод силовий, випрямний, першої модифікації, зі штирьовою конструкцією корпусу та гнучким виведенням, розмір шестигранника під ключ 32 мм, максимальнийвипрямлений струм 200 А, максимальна зворотна напруга 800 В, що повторюється, зворотної полярності («-» - катодом є основа). Діод того ж типу, але без символу «X» у маркуванні: Д161-200-8 — те саме, прямої полярності («+» — анодом є основа). Переважна більшість силових випрямляючих діодів випускають як у прямій, і у зворотній полярності.
Завдяки цій особливості пари радіаторів у кожній із двох груп діодів можна не ізолювати один від одного. Але радіатори груп між собою в жодному разі не повинні мати контакту. Як показано на рис. 60 пари радіаторів з'єднані між собою шпильками діаметром 8 мм. Різьбові кінці цих шпильок одночасно є вихідними клемами випрямляча: «+» і «-». Між двома групами радіаторів при складанні встановлено ізолюючу прокладку з гуми товщиною 5 мм.
Мал. 60. Конструкція випрямного блоку:1 - висновки змінної напруги; 2 - плита (фанера або текстоліт S = 10 мм); 3 - діоди; 4 - охолодні радіатори; 5 - ізолююча прокладка (гума, S = 5 мм); 6 - стягуючі шпильки М8 (висновки постійної напруги)
Після монтажу на корпус СП верхню частину випрямляча – гнучкі висновки діодів – краще закрити П-подібною кришкою. Однак такий випрямляч можна зібрати і як самостійний виріб, підключаючи до трансформатора лише тоді, коли потрібне зварювання постійним струмом. Тоді його слід укласти у власний корпус. Важить такий випрямляч трохи більше 5 кг.
Якщо ваш зварювальний апарат не розвиває високу потужність і зварювальні роботи плануються час від часу, купувати потужні, важкі і дорогі діоди не обов'язково. Можна придбати вбудовані в одному корпусі діодні мости імпортного виробництва. Розмір одного такого інтегральноговипрямляча можна порівняти з розмірами сірникової коробки або одного діода В-200 без радіатора. Він витримує максимальний струм 30-50 А. Якщо такі мости з'єднати паралельно (рис. 61), то разом вони зможуть витримувати більші струми. Строго кажучи, сумарний струм об'єднаного випрямляча не дорівнює сумі максимальних струмів діодних мостів, що входять до нього. Адже вони не можуть володіти абсолютно однаковими параметрами, а значить, кожен пропускає через себе струми, що розрізняються за величиною. Тому не виключений пробій діодів складання при ударному імпульсі струму, що виникає при запаленні дуги.
Мал. 61. Схема складеного випрямного моста з чотирьох діодних складання
Однак якщо зібрати цю схему з деяким запасом по потужності, враховуючи струм короткого замикання, то можна домогтися не тільки суттєвої економії, а й більш компактних розмірів, ніж у випадку з В-200 та іншими потужними діодами. Справа в тому, що корпуси діодних містків не перебувають під напругою. Їх можна прикріпити до одного спільного радіатора та розмістити у будь-якому зручному місці всередині корпусу зварювального апарату.
Для такого складового випрямляча зазвичай використовують 4-6 інтегрованих діодних містків, обов'язково однієї марки. Як показує практика, вони не сильно гріються і навіть без проблем можуть витримувати короткочасні навантаження, при тому, що зварювальний апарат переважно працює в короткочасному режимі. Наприклад, з'єднавши паралельно шість діодних збірок КВРС5010, кожна з яких розрахована на струм 50 А, отримуємо один діодний міст, розрахований на струм 300 А. Для охолодження підійде алюмінієвий радіатор площею приблизно 800 см 2 , на якій рівномірно розміщують під які у центрі корпусу є отвори.
Для покращення тепловіддачі бажано використовувати теплопровідну пасту КПТ-8. Після цього схему розпаюють мідною шиною перетином 10 мм 2 а для підключення всього випрямляча до джерела струму і для виходу зварювального струму - 20 мм 2 . Не забудьте обробити всі місця паяння лаком.
Радіатор такого діодного моста при струмі зварювання 100 А інтенсивному режимі (безперервна робота електродом діаметром 3 мм протягом 10 хв) повинен нагріватися до температури не вище 50—60 °С.
Якщо ж планується використовувати потужніші струми, можна збільшити кількість збірок. Крім того, випрямляч не пошкодить обдув вентилятором. Якщо примусове охолодження застосовується для СТ, то можна розмістити радіатор випрямляча так, щоб він теж знаходився в потоці повітря.
. Обов'язково припаюйте шини до висновків діодних мостів. Якщо ви з'єднаєте мости тільки за допомогою клем, то кінці висновків мостів будуть дуже грітися.
Відразу слід зазначити, що оснащення диодним мостом СТ ще не дозволяє вважати зварювальний апарат завершеним. Справа в тому, що на діодних мостах відбувається неминуче падіння напруги, тому на виході джерела живлення постійного струму напруга буде десь на 4-5 менше, ніж напруга холостого ходу трансформатора. При цьому напруга на виході не буде строго постійною — її форма буде пульсуючою (рис. 62, б), а ефективне значення постійної пульсуючої напруги в корінь з 2 разів менше напруги піків максимумів амплітуди змінного струму. Через це на вторинній обмотці доводилося б підтримувати явно завищену напругу, що сягає 80 В 1 , хоча для підтримки горіння дуги та наплавлення металу в зоні зварювання достатньо 25—36 В.
1 . Напруга на виході зварювального джерела не повиннаперевищувати 80 В за вимогами електробезпеки згідно з ГОСТ 95-77Е.
Мал. 62. Згладжування пульсацій випрямленого струму:а - змінний струм на виході СТ; 6 - пульсуюча напруга після діодного моста; в - крутопадаюча характеристика СА при згладжуванні пульсацій конденсатором; г - згладжування пульсацій дроселем; д - згладжування пульсацій конденсатором
Зрозуміло, зайві вольти відбилися б у вигляді непомірно великої маси та габаритів СА, підвищеної витрати електроенергії. Знизивши ж напруга, трансформоване у вторинний ланцюг, до 36 У, можна в 5—6 разів полегшити вагу пристрою та зменшити його розміри до прийнятних для перенесення з одночасним поліпшенням інших експлуатаційних показників. Але як при низьковольтній обмотці запалити дугу?
Для згладжування пульсацій напруги один із висновків випрямляча приєднують до тримача електродів через дросель (рис. 62, г 2).
2 Тут показано підключення СА для зварювання тонколистового металу на «зворотній» полярності: «+» на електроді, «-» - на деталі, що зварюється.
Він є котушкою з 10— 15 витків мідної шини перетином 25—35 мм 2 , намотаною на будь-якому сердечнику, наприклад від магнітного пускача.
Але кардинальним вирішенням проблеми стало введення конденсатора великої ємності у вторинний ланцюг діодного мосту. В результаті напруга на виході збільшується майже в 1,5 рази, а характеристика СА також виходить крутопадаючою (рис. 62 в).
Початкова підвищена напруга, що створюється конденсатором, полегшує запалення дуги. А коли потенціал на зварювальному електроді впаде до напруги вторинної обмотки трансформатора (робоча точка А), виникне процес стійкого горіння дуги з наплавленням металу в зоні зварювання. Щоб створити таке"енергетичне диво", потрібний конденсатор ємністю 5000-10000 мкф. У цьому випадку він на холостому ході заряджатиметься до рівня максимальної амплітуди напруги.
Особливо рекомендується ставити конденсатор у тому випадку, якщо джерело живлення має низьку вихідну напругу (менше 40 В) та виникають труднощі в момент запалення зварювальної дуги. При цьому конденсатор краще включити через опір 05-15 Ом (рис. 62, д). Присутність резистора обумовлена тим, що в момент запалення дуги відбувається торкання кінця електрода металу виробу, тобто коротке замикання. Якщо опору в ланцюзі конденсатора немає, відбувається миттєвий розряд конденсатора великої ємності, імпульс високого струму супроводжується гучним клацанням, а часто і руйнуванням кінчика електрода або його миттєвим приварюванням до металу виробу. Працювати з таким джерелом вельми незручно, тріск розрядів діє на нерви. Додатковий резистор обмежує струм, згладжує розряд конденсатора, роблячи запалення дуги легше і м'якше.