Сварочный аппарат (стр. 3 из 3)
Сварочный осциллятор
В домашнем хозяйстве мастерового хозяина всегда найдётся сварочный аппарат. Как правило, это обычный трансформатор мощностью около 3 кВт, со вторичной обмоткой из медной или алюминиевой шины с сечением 25...30 мм2 и напряжением холостого хода 60...70 В.
Для сварки применяются электроды переменного тока, которые стали относительно дефицитными. Более предпочтительными являются электроды постоянного тока, но сварочный аппарат постоянного тока, работающий от однофазной сети пока достаточно редок. Причина тому - необходимость использования мощного дросселя, габариты которого соизмеримы с самим сварочным трансформатором. Кроме того, обязательными являются дорогие мощные диоды, установленные на больших радиаторах. Масса такого аппарата чуть не в два раза больше обычного. Конечно, массу сварочного аппарата можно уменьшить - для этого применяют трансформаторы и дроссели меньшей мощности и обмотки с меньшим сечением, а затем обдувают мощным вентилятором.
Для улучшения обдува обмоток трансформатор и дроссель располагаются в закрытом с боков корпусе, с торца которого установлен мощный вентилятор, воздушный поток которого проходит в зазоре между обмотками и железом и выходит с другого торца. Но существует способ, который позволяет удерживать сварочную дугу при использовании электродов постоянного тока на сварочных аппаратах переменного тока. Для этого на дугу подаётся мощный короткий импульс напряжением около 200 В, сдвинутый относительно начала полупериода примерно на 15 ... 20 градусов. Такое устройство называется сварочным осциллятором.
Схема устройства очень проста, не содержит активных элементов, а поэтому очень надёжна. Выход осциллятора подключается параллельно сварочной цепи, а сетевой шнур непосредственно на сетевые клеммы сварочного трансформатора. Категорически не допускается подключать сетевой шнур осциллятора не к сварочному трансформатору, а в сетевую розетку - в этом случае, при отключении сварочного трансформатора от сети, не отключив осциллятор, можно получить поражение электрическим током, т.к. на сетевой обмотке возникают очень мощные импульсы напряжением в несколько тысяч вольт.
При работе с осциллятором требуется соблюдать особую осторожность. При смене сварочного электрода обязательно выключать устройство. С осциллятора и сварочного аппарата переменного тока можно вести сварку не только обычными электродами постоянного тока, но и электродами для нержавейки, а также использовать оборудование в аппарате аргоновой сварки.
Работу с осциллятором можно несколько обезопасить, если применить схему с автоматическим отключением импульса при отсутствии дуги. Для контроля наличия дуги применяют трансформатор тока, через который подаётся сварочный ток. Осциллятор включается автоматически при появлении тока сварки, и отключается при его исчезновении через 2,3 сек.
Промышленные ограничители холостого хода
ОАО "ЭЛМИС" (Киев) приступило к производству ограничителя-стабилизатора сварочной дуги ТОН-2СД, обеспечивающий устойчивое горение сварочной дуги, автоматическое снижение напряжения холостого хода (до 12 В) после размыкания сварочной цепи. Возможно его использование с любым серийно выпускаемым трансформатором для ручной дуговой сварки с напряжением холостого хода 45-80 В.
Ограничитель-стабилизатор сварочной дуги ТОН-2СД дает возможность:
уменьшить потребление электроэнергии сварочным трансформатором в режиме холостого хода;
улучшить зажигание сварочной дуги;
обеспечить стабильное горение дуги переменного тока;
уменьшить разбрызгивание электродного металла при сварке;
выполнять сварку переменным током покрытыми электродами (типа УОНИ, ОЗЛ, ЦЛ и т. п.), предназначенными для сварки постоянным током.
ИИПТ НАН Украины предлагает новый универсальный блок снижения напряжения холостого хода ОНХХ-500 для переменного и постоянного тока. Блок предназначен для повышения электробезопасности сварочных работ и необходим при сварке в условиях повышенной опасности и особо опасных условиях эксплуатации (в замкнутых и стесненных условиях - туннелях, колодцах и т.п.). Блок должен эксплуатироваться совместно со сварочными трансформаторами, имеющими напряжение холостого хода не более 80В и номинальным током до 500А или со сварочными выпрямителями с напряжением холостого хода не более 100В и номинальным током до 500А.
Предприятие "ЮжНИИМФэлектро" (Киев) по заданию Госнадзорохрантруда разработало и освоило серийный выпуск энергосберегающих ограничителей напряжения холостого хода. Они обеспечивают необходимый уровень электробезопасности при производстве сварочных работ с применением сварочных трансформаторов и выпрямителей, имеющих напряжение холостого хода трансформатора в пределах от 42 до 80 В и номинальный (вторичный) сварочный ток до 500 А. Эти устройства имеют наименование "Выключатель напряжения холостого хода источников сварочного тока типа "ВИСТ-1" и выпускаются по ТУ У З1. 22505634.001 - 98.
Применение выключателей типа "ВИСТ-1" позволяет существенно экономить электроэнергию, так как при размыкании сварочной цепи выключатель полностью отключает сварочное оборудование от электрической сети, тем самым исключается режим холостого хода сварочного трансформатора, который забирает приблизительно 80% всего рабочего времени.
Конструктивное исполнение выключателей типа "ВИСТ-1" позволяет применять их с одно-, двух- и трехфазным сварочным оборудованием, в том числе имеющим в своем составе тиристорный выпрямительный блок. Быстрое действие выключателей при замыкании сварочной цепи позволяет выполнять все виды электросварочных работ.
Расчет ограничителей
Как известно опасность для жизни человека представляет не напряжение, а ток. Поэтому для обеспечения безопасности при работе со сварочным трансформатором можно предложить 2 схемы решения. Первый выход - ограничить ток, который может пройти через тело человека, при прикосновении на холостом ходу к обоим электродам.
Второй - ограничить напряжение холостого хода. Поэтому в работе предложены 2 схемы.
Первая схема - ограничитель тока, вторая ограничитель напряжения холостого хода.
Ограничитель тока
Схема ограничителя тока приведена на рис. 11. Принцип работы схемы следующий: при замыкании цепь вторичной обмотки по ветке 2а пойдет ток. Его значение ограничивается конденсатором С1. На вторичной обмотке трансформатора ТP2 по закону Фарадея появляется э.д.с. индукции 5В. Напряжение со вторичной обмотки выпрямляется диодным мостом D1, конденсатором С2 сглаживаются пульсации. В итоге на стабилитроне D2 получаем стабильное напряжение 4В, которое поступает на затвор транзистора Т1. Транзистор Т1 открывается и на резисторе R1 появляется напряжение, достаточное чтобы открыть мощный IGBT транзистор T2. После этого ток идет по ветке 2б. При размыкании цепи транзистор T2 закроется.
Рис. 11. Схема ограничителя тока.
, где I = 5 мА-безопасный для человека ток, согласно таб. 2, U = 60 В-напряжение на вторичной обмотке трансформатора T1, 
, где f = 50 Гц-частота переменного тока в сети.D1-диодный мост КЦ405А, максимально допустимый ток которого намного превышает текущий по нему в схеме.
С2=200мкФ,( 20V).
, резистор нужен для задания нужного режима работы стабилитрона. В данном случае режим работы задается током в 10мА.D2-стабилитрон 2С139А
R1=100
, падение напряжения на нам подается на затвор Т2.T1-транзистор КТ504А.
T2-мощный IGBT транзистор IPT30GT60AR (фирма Advanced Power Technology), максимальный постоянный ток до 80А, ток текущий в схеме зависит мощности трансформатора и обычно не превышает 70А.
Rn - эффективное сопротивление плазменного канала дуги, составляет единицы Ом.
Ограничитель напряжения
Схема ограничителя напряжения приведена на рис.12. Принцип работы следующий: пока вторичная цепь трансформатора не замкнута ток по первичной цепи идет через конденсатор С2, поэтому э.д.с. индукции, наведенное во вторичной обмотке будет равна
, что, согласно табл. 2, составляет безопасное значение 5В. Для этого ток первичной обмотки согласно закону Фарадея необходимо уменьшить в k раз, где 
, где 60В это значение напряжения во вторичной обмотке без ограничения, 5В это значение напряжения во вторичной обмотке после ограничения.Конденсатором С3 ограничен максимальный допустимый ток в низковольтной цепи. Максимальное значение тока составляет I=40мА, этого вполне достаточно для открытия стабилитрона и транзисторов. Следовательно, значение емкости не должно превышать
Заключение
Мы рассмотрели принцип работы сварочного аппарата, виды и типы современной сварки, некоторые особенности работы со сварочным оборудованием. Обратили внимание на технологию изготовления тех или иных сварочных принадлежностей, и выяснили условия безопасной работы с электросварочным оборудованием. Ознакомились со сварочной терминологией и узнали, как правильно произвести расчет сварочного трансформатора. Разработали несколько схем, зачищающих сварщика от поражения электрическим током.
Список литературы
1. Вересов Г. П. Электропитание бытовой РЭА. М.,1983.
2. Белопольский И. И., Пикалова Л. Г. Расчет трансформаторов и дросселей малой мощности. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 272с.
3. Сидоров И. Н., Скорняков С. В. Трансформаторы бытовой РЭА. М.: Радио и связь, 1994. - 367с.
4. Каретников К. А. Расчет трансформаторов и дросселей. М..:, 1973. - 272с.
5. Эраносян С. А. Сетевые блоки питания с высокочастотным преобразованием. Л.:Энергоатомиздат, 1991.
6. А. С. 1317420 СССР, МКИ 05 1/569 Источник питания с бестрансформаторным входом.
7. Простаков В. Г. Открытия, изобретения. 1987.N22.
8. Петров А. Эффективный импульсный стабилизатор напряжения. Радиолюбитель. N1, 1993, с. 29,