Простой и надежный регулятор постоянного тока для сварки и зарядки

Простой и надежный регулятор постоянного тока для сварки и зарядки

Предлагается конструкция удобного и надёжного регулятора постоянного тока. Диапазон изменения им напряжения — от 0 до 0,86 U2, что позволяет использовать этот ценный прибор для различных целей. Например, для зарядки аккумуляторных батарей большой ёмкости, питания электронагревательных элементов, а главное — для проведения сварочных работ как обычным электродом, так и из нержавеющей стали, при плавной регулировке тока.

Принципиальная электрическая схема регулятора постоянного тока.

График, поясняющий работу силового блока, выполненного по однофазной мостовой несимметричной схеме (U2 — напряжение, поступающее со вторичной обмотки сварочного трансформатора, alpha — фаза открывания тиристора, t — время).

Регулятор может подключаться к любому сварочному трансформатору с напряжением вторичной обмотки U2=50. 90В. Предлагаемая конструкция очень компактна. Общие габариты не превышают размеры обычного нерегулируемого выпрямителя типа «мостик» для сварки постоянным током.

Схема регулятора состоит из двух блоков: управления А и силового В. Причём первый представляет собой не что иное, как фазоимпульсный генератор. Выполнен он на базе аналога однопереходного транзистора, собранного из двух полупроводниковых приборов n-p-n и p-n-p типов. С помощью переменного резистора R2 регулируется постоянный ток конструкции.

В зависимости от положения движка R2 конденсатор С1 заряжается здесь до 6,9 В с различной скоростью. При превышении же этого напряжения транзисторы резко открываются. И С1 начинает разряжаться через них и обмотку импульсного трансформатора Т1.

Тиристор, к аноду которого подходит положительная полуволна (импульс передаётся через вторичные обмотки), при этом открывается.

В качестве импульсного можно использовать промышленные трёхобмоточные ТИ-3, ТИ-4, ТИ-5 с коэффициентом трансформации 1:1:1. И не только эти типы. Хорошие, например, результаты дает использование двух двухобмоточных трансформаторов ТИ-1 при последовательном соединении первичных обмоток.

Причём все названные типы ТИ позволяют изолировать генератор импульсов от управляющих электродов тиристоров.

Только есть одно «но». Мощность импульсов во вторичных обмотках ТИ недостаточна для включения соответствующих тиристоров во втором (см. схему), силовом блоке В. Выход из этой «конфликтной» ситуации был найден элементарный. Для включения мощных использованы маломощные тиристоры с высокой чувствительностью по управляющему электроду.

Силовой блок В выполнен по однофазной мостовой несимметричной схеме. То есть тиристоры трудятся здесь в одной фазе. А плечи на VD6 и VD7 при сварке работают как буферный диод.

Монтаж? Его можно выполнить и навесным, базируясь непосредственно на импульсном трансформаторе и других относительно «крупногабаритных» элементах схемы. Тем более что соединяемых в данную конструкцию радиодеталей, как говорится, минимум-миниморум.

Прибор начинает работать сразу, без каких-либо наладок. Соберите себе такой — не пожалеете.

Тиристорная схема регулятора тока для сварочного аппарата

• 11 июля
• 2976 просмотров
• комментариев
• 53 рейтинг

В этом материале рассмотрим способы регулировки сварочного тока. Схемы регуляторов тока для сварочного аппарата разнообразны. Они имеют свои достоинства и недостатки. Постараемся помочь читателю выбрать регулятор тока для сварочного аппарата.

Схема сварочного аппарата.

Общие понятия

Общеизвестен принцип дуговой сварки. Освежим в памяти основные понятия. Чтобы получить сварочное соединение, необходимо создать дугу. Электрическая дуга возникает при подаче напряжения между сварочным электродом и поверхностью свариваемого материала. Ток дуги расплавляет металл, образуется расплавленная ванна между двумя торцами. После остывания шва получаем крепкое соединение двух металлов.

Схема дуговой сварки.

В России переменный ток регламентирован частотой 50 Гц. Питание для сварочного аппарата подается от сети фазным напряжением 220 В. Сварочные трансформаторы имеют две обмотки: первичную и вторичную. Вторичное напряжение трансформатора составляет 70 В.

Разделяют ручной и автоматический режим сварки. В условиях домашней мастерской сварку проводят в ручном режиме. Перечислим параметры, которые изменяют в ручном режиме:

• сила тока сварки;
• напряжение дуги;
• скорость сварочного электрода;
• количество проходов на шов;
• диаметр и марка электрода.

Правильный выбор и поддержание на протяжении сварочного процесса необходимых параметров являются залогом качественного сварного соединения.

При проведении ручной дуговой сварки необходимо грамотно распределять ток. Это позволит выполнить качественный шов. Стабильность дуги напрямую зависит от величины сварочного тока. Специалисты подбирают ее исходя из диаметра электродов и толщины свариваемых материалов.

Типы регуляторов тока

Принципиальная электрическая схема регулятора постоянного тока.

Существует больше количество способов изменения силы тока во время проведения сварочных операций. Еще больше разработано принципиальных электрических схем регуляторов. Способы управления сварочным током могут быть следующие:

• установка пассивных элементов во вторичной цепи;
• переключение числа витков обмоток трансформатора;
• изменение магнитного потока трансформатора;
• регулировка на полупроводниках.

Следует знать преимущества и недостатки разных методов регулировки. Назовем характерные особенности указанных типов.

Резистор и дроссель

Первый тип регулировки считается самым простым. В сварочную цепь включают последовательно резистор или дроссель. В этом случае изменение силы тока и напряжения дуги происходит за счет сопротивления и, соответственно, падения напряжения. Умельцы оценили простой и эффективный способ регулировки тока – включение сопротивления во вторичную цепь. Устройство несложное и надежное.

Изменение величины тока с помощью резистора.

Добавочные резисторы используются для смягчения вольт-амперной характеристики источника питания. Изготавливают сопротивление из толстой (диаметром 5-10 мм) проволоки из нихрома. В качестве пассивного элемента применяются мощные проволочные сопротивления.

Для регулировки тока вместо сопротивления ставят и дроссель. Благодаря введению индуктивности в цепь дуги переменного тока наблюдается сдвиг фаз тока и напряжения. Переход тока через нуль происходит при высоком напряжении трансформатора, что повышает надежность повторного зажигания и устойчивость горения дуги. Режим сварки становится мягкий, в результате чего получаем равномерный и качественный шов.

Этот способ нашел широкое распространение благодаря надежности, доступности в изготовлении и низкой стоимости. К недостаткам отнесем малый диапазон регулирования и сложность в перестройке параметров. Сделать такую конструкцию по силам каждому. Часто применяют трансформаторы типа ТС-180 или ТС-250 от старых ламповых телевизоров, с которых убирают первичные и вторичные обмотки и наматывают дроссельную обмотку с требуемым сечением. Сечение алюминиевого провода составит порядка 35-40 мм, медного – до 25 мм. Количество витков будет находиться в диапазоне 25-40 штук.

Переключение числа обмоток

Регулировка напряжения осуществляется изменением числа витков обмотки. Так изменяется коэффициент трансформации. Регулятор сварочного тока прост в эксплуатации. Для такого способа регулировки необходимо сделать отводы при намотке. Коммутация проводится переключателем, выдерживающим большой ток и сетевое напряжение. Недостатки переключения витков: трудно найти коммутатор, выдерживающий нагрузку в пару сотен ампер, небольшой диапазон регулировки тока.

Магнитный поток сердечника

Влиять на параметры тока можно магнитным потоком силового трансформатора. Регулирование силы сварочного тока производят за счет подвижности обмоток, изменения зазора или введения магнитного шунта. При сокращении или увеличении расстояния магнитные потоки двух обмоток меняются, в результате чего сила тока тоже будет изменяться. Способ магнитного потока практически не используется из-за сложности изготовления трансформаторного сердечника.

Полупроводники в схеме регулировки тока

Рисунок 1. Схема регулятора сварочного тока.

Полупроводниковые приборы совершили настоящий прорыв в сварочном деле. Современная схемотехника позволяет использовать мощные полупроводниковые ключи. Особенно распространены тиристорные схемы регулировки сварочного тока. Применение полупроводниковых приборов вытесняет неэффективные схемы управления. Данные решения повышают пределы регулировки тока. Габаритные и тяжелые сварочные трансформаторы, содержащие огромное количество дорогой меди, заменены на легкие и компактные.

Электронный тиристорный регулятор – это электронная схема, необходимая для контроля и настройки напряжения и силы тока, которые подводятся к электроду в месте сварки.

Для примера рассмотрим регулятор на тиристорах. Схема регулятора сварочного тока представлена на рис. 1.

В основу схемы положен принцип фазового регулятора тока.

Регулировка осуществляется подачей управляющего напряжения на твердотельные реле – тиристоры. Тиристоры VS1 и VS2 открываются поочередно при поступлении сигналов на управляющие электроды. Напряжение питания схемы формирования управляющих импульсов снимается с отдельной обмотки. Далее преобразуется в постоянное напряжение диодным мостом на VD5-VD8.

Положительная полуволна заряжает емкость С1. Время заряда электролитического конденсатора формируется резисторами R1, R2. Когда напряжение достигнет необходимой величины (более 5,6 В), происходит открытие динистора, образованного стабилитроном VD6 и тиристором VS3. Далее сигнал проходит через диод VD3 или VD4. При положительной полуволне открывается тиристор VS1, при отрицательной – VS2. Конденсатор С1 разрядится. После начала следующего полупериода тиристор VS1 закрывается, происходит зарядка емкости. В этот момент открывается ключ VS2, который продолжает подачу напряжения на электрическую дугу.

Наладка сводится к установке диапазона сварочного тока подстроечным сопротивлением R1. Как видим, схема регулировки сварочного тока довольно-таки проста. Доступность элементной базы, простота наладки и управления регулятора допускают изготовление такого сварочного аппарата самостоятельно.

Инверторные сварочные аппараты

Устройство инверторного сварочного аппарата.

Особое место среди сварочного оборудования занимают инверторы. Инверторный сварочный аппарат – это устройство, которое способно обеспечить устойчивое питание сварочной дуги. Малые габариты и небольшой вес придают аппарату мобильность. Сильной стороной инвертора является возможность применять электроды переменного и постоянного тока. Сварка позволяет стыковать цветные металлы и чугун.

Главные преимущества использования инвертора:

• защита от нагрева деталей;
• устойчивость к возмущениям сети;
• независимость от колебаний и перегрузок по току;
• независимость от перепадов промышленной сети;
• способность скреплять цветной металл;
• стабильность сварочного тока;
• качественный шов;
• ровное горение дуги;
• малый вес и габариты.

К недостаткам сварочных инверторов относят высокую стоимость. Электронные детали следует оберегать от воздействия влаги, пыли, жары и сильных морозов (ниже 15 о С).

Инверторное сварочное оборудование сегодня присутствует практически во всех слесарных и авторемонтных мастерских.

Power Electronics

В инете выложили схему регулятора тока на индуктивную нагрузку.Хотелось узнать мнение коллег по этому девайсу.

Последний раз редактировалось навигатор!! 23-02, 20:30, всего редактировалось 2 раз(а).

На втором рисунке

вроде как стабилизатор дуги прикручен (arc ignition device). Поэтому, в принципе, варить будет и без дросселя. Это получается разновидность тиристорного сварочного трансформатора. Подобные описаны в книге Закса, которая лежит в разделе Книги и журналы.

Чуть позже напишу. Имею опыт эксплуатации такого аппарата, то есть на выходе мост с двумя тиристорами, но без дросселя.

Продолжаю. Итак, в журнале "Радио" №7.1996г., была предложена схема аппарата в котором как регулировка выходного тока, так и формирование требуемого наклона характеристики, осуществляются способом управления углом отсечки синусоидального напряжения. С текстом статьи можно познакомиться, например здесь:
http://www.qrz.ru/schemes/contribute/digest/svarka04.shtml
Автор показывает, что паузы в горении дуги, на устойчивость её, не влияют фатальным способом, если длительность пауз меньше 50 мс (предельно допустимое время восстановления выходного напряжения, после короткого замыкания, каплями расплава например).
Опыт эксплуатации аппарата, построенного с учётом рекомендаций из упомянутой журнальной статьи, выявил:
— изготовленный экземпляр аппарата неплохо варит электродами для переменного тока. УОНИ, несмотря на выход на постоянном токе, не "горят", ИМХО, не из за самих по себе пауз, а из за довольно низкого напряжения холостого хода — 42в.
— с неприхотливыми к данному параметру электродами (а это, к сожалению, переменка), устойчивость горения в принципе хорошая. Временами, всё таки, наблюдается некоторая трудность в зажигании.
— на самых малых токах (напряжение хх устанавливается выше, время горения дуги — меньше) дуга буквально резиновая, тянется за электродом так, что это реально мешает работе. Но недостаток этот может быть относительно легко устранён доработкой схемы.

Вышесказанное относится к аппарату с выходом на постоянном, прерывистом токе. Но, думаю, и с выходом на переменном токе, возможно получение стабильной работы. Достаточно например, применить стабилизатор горения дуги, как написал valvol, или ИМХО, для нетребовательных электродов, несколько поднять напряжение холостого хода.
Кстати, сам стабилизатор горения, ввиду уже имеющегося в схеме замыкаемого ключа (симистора), целесообразно бы выполнить именно на нём..

Последний раз редактировалось andrei 25-02, 00:58, всего редактировалось 2 раз(а).

С этим многие не согласятся, на качество сварки такие паузы должны влиять не очень хорошо.

В это аппарате диодно-тиристорный мост, а толку от него мало (постоянкой электродами варить нельзя) Может быть, если пришпандорить схему удвоения напряжения — то будет варить постоянкой?

Согласен, полноценную постоянку тиристорный мост не заменяет, но толк от него есть:
-плавная регулировка тока
-повышается, на постоянном (хотя и прерывистом) токе, устойчивость горения и облегчается зажигание
-возможность смены полярности, прямая и обратная
-возможность организации цепи обратной связи для стабилизации тока, и ограничении тока короткого замыкания
-формирование падающей характеристики управлением углом отсечки, не требует повышенного магнитного рассеяния в силовом трансформаторе, а значит масса и габарит увеличиваются незначительно
-источник постоянного тока, полученный в итоге, может быть использован во многих случаях и помимо дуговой сварки.
-в полноценную постоянку аппарат превращается добавлением дросселя, правда довольно таки габаритного.

Ну и наконец, никто не мешает применить импульсный стабилизатор горения, или как написал Jaxon:

Простой регулятор тока сварочного трансформатора. Регулировка трансформатора тока

Важной особенностью конструкции любого сварочного аппарата является возможность регулировки рабочего тока. В промышленных аппаратах используют разные способы регулировки тока: шунтирование с помощью дросселей всевозможных типов, изменение магнитного потока за счет подвижности обмоток или магнитного шунтирования, применение магазинов активных балластных сопротивлений и реостатов. К недостаткам такой регулировки надо отнести сложность конструкции, громоздкость сопротивлений, их сильный нагрев при работе, неудобство при переключении.Наиболее оптимальный вариант — еще при намотке вторичной обмотки сделать ее с отводами и, переключая количество витков, изменять ток. Однако использовать такой способ можно для подстройки тока, но не для его регулировки в широких пределах. Кроме того, регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами. Так, через регулирующее устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости, а для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200 А. Другое дело — цепь первичной обмотки, где токи в пять раз меньше.После долгих поисков путем проб и ошибок был найден оптимальный вариант решения проблемы — широко известный тиристорный регулятор, схема которого изображена на рис.1.

При предельной простоте и доступности элементной базы он прост управлении, не требует настроек и хорошо зарекомендовал себя в работе — работает не иначе, как «часики». Регулирование мощности происходит при периодическом отключении на фиксированный промежуток времени первичной обмотки сварочного трансформатора на каждом полупериоде тока рис.2.

Среднее значение тока при этом уменьшается. Основные элементы регулятора (тиристоры) включены встречно и параллельно друг другу. Они поочередно открываются импульсами тока, формируемыми транзисторами VT1, VT2. При включении регулятора в сеть оба тиристора закрыты, конденсаторы С1 и С2 начинают заряжаться через переменный резистор R7. Как только напряжение на одном из конденсаторов достигает напряжения лавинного пробоя транзистора, последний открывается, и через него течет ток разряда соединенного с ним конденсатора. Вслед за транзистором открывается и соответствующий тиристор, который подключает нагрузку к сети. После начала следующего, противоположного по знаку полупериода переменного тока тиристор закрывается, и начинается новый цикл зарядки конденсаторов, но уже в обратной полярности. Теперь открывается второй транзистор, и второй тиристор снова подключает нагрузку к сети. Изменением сопротивления переменного резистора R7 можно регулировать момент включения тиристоров от начала до конца полупериода, что в свою очередь приводит к изменению общего тока в первичной обмотке сварочного трансформатора Т1. Для увеличения или уменьшения диапазона регулировки можно изменить сопротивление переменного резистора R7 в большую или меньшую сторону соответственно. Транзисторы VT1, VT2, работающие в лавинном режиме, и резисторы R5, R6, включенные в их базовые цепи, можно заменить динисторами рис.3.

Аноды динисторов следует соединить с крайними выводами резистора R7, а катоды подключить к резисторам R3 и R4. Если регулятор собрать на динисторах, то лучше использовать приборы типа КН102А. В качестве VT1, VT2 хорошо зарекомендовали себя транзисторы старого образца типа П416, ГТ308. Вполне реальна замена их более современными маломощными высокочастотными, имеющими близкие параметры. Переменный резистор типа СП-2, остальные типа МЛТ Конденсаторы типа МБМ или МБТ на рабочее напряжение не менее 400 В.

Правильно собранный регулятор не требует налаживания. Необходимо лишь убедиться в стабильной работе транзисторов в лавинном режиме (или в стабильном включении динисторов).

Внимание! Устройство имеет гальваническую связь с сетью. Все элементы, включая теплоотводы тиристоров, должны быть изолированы от корпуса.

С. В . Прус, Р. П. Копчак

Расчет трансформатора тока | Все своими руками

Бывают такие ситуации когда нужно контролировать большие токи в цепях переменного напряжения, например как контролировать ток в цепи сварочного аппарата, где ток достигает 150-250А. Для такого контроля отлично подходит трансформатор тока. Этот трансформатор нечем не отличается от обычного трансформатора, по сути это обычный трансформатор с известным отношением витков первичной и вторичной обмотки.На схеме представлен пример трансформатора тока с током первичной цепи 6А, на выходе этого трансформатора напряжение 6В

Принцип работы такого трансформатора прост и рассчитывается все довольно просто1. Берется за основу абсолютно любой каркас трансформатора. Для простоты возьму колечко любого размера и намотаю на него 100 витков, это количество витков может быть абсолютно любое, но для простоты расчета пусть будет 100. Эта обмотка вторичка, с которой будет сниматься измеряемое напряжение. Первичная обмотка должна быть один виток, а точнее кабель пропущенный через кольцо. Теперь известно что отношение между первичной и вторичкой 1:100.

2. Теперь через первичную обмотку в один виток пропущу ток в 6А, зная отношение в витках можно узнать ток в вторичной обмотке трансформатора 6А/100=0,06А. Когда ток вторички известен вспомню закон Ома R=V/I, исходя из него узнаю на сколько Ом нужно нагрузить вторичку, чтобы при токе в 0,06А напряжение на выходе было 6В. R=V/I, R=6В/0,06А=100 Ом, то есть если вторичку нагрузить на 100 Ом, напряжение на вторичке будет 6В при токе в первичке 6АПри максимальном токе на резисторе R2 будет рассеиваться некоторая мощность, поэтому нужно еще рассчитать рассеиваемую мощность на резисторе P=U*I, P=6В*0,06А=0,36Вт минимальный резистор рассеиваемой мощностью о,5Вт

Вот таким простым способом можно измерять любые токи, главное правильно рассчитать трансформатор и балластный резисторС ув. Эдуард

Полезные материалы по этой теме:

Замена электросчетчика и регулировка напряжения КТПушки

Смотрю за окошко — снег, смотрю на фотографии с яндекс диска, а там лето. Чето так лета сразу захотелось. Ну и расскажу про гребешок, который нам подкинули с моим другом Максом. У собственника подстанции было слегка завышенное напряжение , замер по фазам показывал 249-253-251 вольта. С чем собственно жить можно, но местный электрик жаловался что частно перегорают лампочки ильича. Там еще требовалась и замена счетчика с трансформаторами тока, потому что владелец ктпушки закупил больше мощностей. Ну и мы тут подрядились все сделать скопом и еще напряжение подрегулировать.

Объект работы — комплектная трансформаторная подстанция, походу военного исполнения. Не переживайте она огорожена забором со всех сторон, так что дети на нее залезть не смогут.

Замена счетчика и установка трансформаторов тока.

Дело было летом, было жарко. Замена трехфазного счетчика дело вообще самое обычное, ну если с трансформаторами тока , то чуть посложнее — главное не попутать клеммы выводов вторичных цепей ТТ — И1 и И2. Как правило, самое проблемное, это вкрячивать эти трансформаторы в готовые шины, это нужно пилить, сверлить отверстия под крепления.

Мы сняли нагрузку по низкой стороне, отключили линейный к трансформатору, даже нашелся рабочий ЛЗН. И начали монтаж. Поскольку исполнение военное, об эргономике речи не идет — главное надежность! И пришлось лезть в открытую дверь на фотографии, ложиться на шины и монтировать трансформаторы тока.

Регулировка напряжения трансформатора своими руками 8)

На двери ктпушки даже виднеется какая то схема. Что характерно, место установки прибора учета снабжено локальным подогревателем — зеленая колба на картинке. Это резистор, я когда ходил на упк в школе и учился на радиоэлектромонтажника мы из таких сопротивлений делали мини кипятильники). А вот на кой там висит оперативная штанга (кто увидел на картинке тот профи) я не понял, каких то разъеденителей по низкой стороне не было.

Ну и думаю пора переходить к сути поста. Короче пока Макс ковярялся с подключением счетчика, меня как менее опытного специалиста послал прозондировать почву на тему где тут напряжение регулируется на трансе. Трансформатор какой-то ТМГ с расширительным бачком, масло в бачке в норме. Но самое главное, что нашлась бирка на трансе было четко видно, что он имеет 5 положений регулировки.

Выходно напряжение на трансформаторе регулируется двумя способами:

• РПН (регулировка под нагрузкой)
• ПБВ (переключение без возбуждения)

Если прям совсем кратко, то РПН используется для больших трансов типа ТРДН, которые строят на питающих центрах. А вот для трансов поменьше подходит ПБВ. То есть трансформатор отключается и ручным переводом анцапфы (это такая крутилка сверху трансформатора) на какое-то положение вверх или вниз, выходное напряжение увеличивается или уменьшается.

Осмотрел я нашу подстанцию со всех сторон — никаких видимых приводов или крутилок не нашел. Вдруг замечаю на крышке какую то броненакладку привернутую болтами к крышке трансформатора. Ну думаю конечно анцапфа там — типа уличное исполнение, поэтому ее и защитили от осадков.

Но открутив 6 гаек я нашел там какой-то изолятор, назначение которого сложно определить. Осмотрев уже все что можно, мы нашли еще одно место где можно открутить гайки))

Вот там то и находилась анцапфа, но видимо изначально она регулировалась автоматически, потому что к ней был закреплен движок с редуктором. А впоследствии деталька которая соединяла шпонки между собой когда то отвалилась и трансформатор навсегда застял в самом «высоком» положении регулировки напряжения.

Ну а дальше все было просто — мы покрутили эту ручку и поняли в какую сторону уменьшается напряжение. Дальше просто прозванивается вторичная обмотка и трансформатор включается по высокой стороне. Дойдя до значений 230 вольт на выходе, мы закончили работу)