Стабилизатор для сварочного аппарата

Основним недоліком зварювальних трансформаторів змінного струму є циклічне переривання дуги, що викликане періодичними переходами зварювального струму через нульові значення при зміні полярності на електроді і виробі, що негативно позначається на якості зварного шва. Стабілізатор зварювальної дуги (ССД) дозволяє усунути деякі недоліки, а так само розширити можливості зварювального апарату і підвищити якість зварного шва.

Підключення стабілізатора зварювальної дуги до зварювального трансформатора робить його універсальним по зварювально-технологічним властивостям, тобто в цьому випадку зварювальний трансформатор може замінити випрямляч або установку для аргонно-дугового зварювання, що дає можливість зварювати змінним струмом в таких випадках:

а) при ручному дуговому зварюванні чорних сталей плавкими електродами, призначеними для змінного струму (типу АНО-4, МР-3 тощо) і для постійного струму (типу УОНИ, ТМЛ, ТМУ і пр.);
б) при ручному дуговому зварюванні нержавіючих і спеціальних сталей плавкими електродами (типу ОЗЛ, ЦЛ, ЦТ тощо);
в) при ручному дуговому зварюванні чавуну плавкими електродами (типу МНЧ, ЦЧ тощо);
г) при аргонно-дуговому зварюванні неплавким електродом нержавіючих сталей, алюмінію і його сплавів в тих випадках, коли допускається початкове запалювання дуги від короткого замикання.

Застосування зварювальних трансформаторів спільно зі стабілізатором зварювальної дуги дозволяє отримати суттєвий економічний ефект завдяки:

1) економії на 10 .. 15 % часу зварювальника за рахунок більш раннього запалювання дуги в кожен напівперіод синусоїди;
2) зменшення витрати електродів і збільшення коефіцієнта наплавлення за рахунок збільшення стабільності процесу зварювання та зменшення розбризкування металу;
3) зниження вимог до кваліфікації зварювальника, так як висока стабільність горіння дозволяє більш якісно виконувати роботи;
4) багатофункціональності, що дозволяє використовувати трансформатор замість випрямляча або установки для аргоно-дугового зварювання.

Пристрій зібрано на широкодоступній елементній базі та дозволяє використовувати його спільно з будь-яким зварювальним трансформатором змінного струму. Підключається ССД до зварювального апарату паралельно його вторинної (силовий) обмотці. Завдяки ССД зварювальний апарат варить “м’яко”, як при постійному струмі (з мінімальною кількістю сторонніх включень у вигляді шлаку).

Принцип дії заснований на явищі ЕРС самоіндукції трансформатора, що виникає при відключенні навантаження в момент наростання синусоїдальної напруги. В даному випадку в якості навантаження виступає резистор R1 і відкритий перехід польового транзистора з індукованим каналом VT1. По зварювальному колі, що утворене затискачами, кабелями, зварювальним електродом і зварюваними поверхнями струм не протікає, так як напруга на виході трансформатора ще не досягла значення, що необхідне для «підпалу» дуги. Таким чином для отримання підвищеної напруги на виході зварювального трансформатора не потрібно застосовувати перетворювачі напруги, накопичувальні конденсатори і т.п., досить лише після початку зростання вихідної напруги (перехід мережі через «нуль»), короткочасно закоротити вторинну обмотку трансформатора. Після зняття КЗ викид напруги досягає 150 … 400 В (лише при холостому ході). При піднесенні зварювального електрода на відстань 1 … 2 мм до зварюваних поверхонь повітряний проміжок пробивається і протікаючий струм миттєво гасить виникаючий імпульс напруги. При підключенні осцилографа видно, що викид напруги досягає в піках 30 … 60 В., що відповідає напрузі запалювання дуги. Лавинне зростання струму дуги в цьому випадку перешкоджає зростанню напруги до значних значень (Чого не скажеш про режим холостого ходу). Тому необхідно використовувати подвійну ізоляцію рукоятки тримача електродів і дотримуватися необхідних запобіжних заходів при роботі.

Структурна схема підключення пристрою

Принцип роботи: діодний міст VD1-VD4 випрямляє напругу через запобіжник FU1. При зростанні напруги струмом через R5 відкривається VT3, потім напруга на R6 відкриває тиристор VS1. В результаті відмкриваються VT2-VT1 і наростаючий струм короткого замикання зварювального трансформатора починає протікати через резистор R1. Падіння напруги на резисторі і відкритому силовому транзисторі (1 … 2 В) утримує тиристор VS1 у відкритому стані. З ростом напруги на виході трансформатора збільшується і струм, що протікає через R1, викликаючи зростання напруги на керуючому електроді тиристора VS2. По досягненню напругою на R1 значення ~ 3 В тиристор відкривається і шунтує базу транзистора VT3, викликаючи лавинне замикання всього кола транзисторів. Струм через пристрій знижується до значення 5 … 10 мА, а трансформатор генерує високовольтний викид. Стабілітрон VD5 призначений для захисту транзистора VT1, хоча можливо він і зайвий, але як кажуть надійність перш за все. Паралельно з резистором R3 можна включити резистор R11 і світлодіод, який буде відображати роботу ключового транзистора. Світлодіод при цьому монтується на плату з боку друкованих провідників.

Слід зауважити, що нормальна робота пристрою при вказаних на схемі номіналах не гарантується. Це пояснюється значним розкидом параметрів активних елементів, і в першу чергу тиристорів. Крім того навіть правильно налаштований ССД, ідеально працює з одним зварювальним трансформатором і може не дати ніякого ефекту при підключенні до іншого. Це робить неможливим масове виробництво подібних пристроїв.
Налаштування пристрою слід проводити при його підключенні до зварювального трансформатора, причому до того, на якому надалі він буде встановлений. Настройка проводиться на холостому ході зварювального трансформатора при підключеному паралельно пристрою осцилографі. Підбором R5 домагаються максимальної амплітуди викиду, стежачи за тим, щоб транзистор VT1 не перегрівався. Потім підбором R6 імпульс «зрушують» максимально близько до початку переходу мережевої напруги через нуль, стежачи за тим, щоб його амплітуда сильно не зменшилася, потім знову підбором R5 домагаються максимальної амплітуди викиду, не забуваючи контролювати температуру силового транзистора. При значному нагріванні VT1 слід зменшити тривалість імпульсу короткого замикання, зменшуючи опір R10.

Осцилограма сигналу на виході зварювального трансформатора при правельному налаштованого пристрою

Конструктивно ССД розміщений у відповідному пластмасовому корпусі (в автора – звичайна мильниця), до основи якого прикручена алюмінієва пластина-тепловідвід, до якої всередині корпусу, крізь друковану плату, прикручені силові елементи VD1-VD4 і VT1.

Leiterplatte stabilizator_dlya_zvaruvalnogo_aparatu.rar [7.83 Kb]