Собранные самостоятельно сварочные агрегаты в основной своей массе обладают выраженной спецификой по сравнению со своими собратьями промышленного изготовления. На первое место здесь зачастую ставят не тщательность расчета параметров конструкции и соблюдение технологии изготовления, а возможность достать тот или иной компонент будущей конструкции своего сварочного аппарата. Особенно актуальна экономия финансовых средств и материалов. Делать трансформатор чаще всего приходится из того, что есть, а не из того, из чего следовало бы. Многие конструкции собирают из материалов, ничего общего до того со сварочным делом, а то и с трансформаторами вообще не имевших. При изготовлении самоделок параметры их компонентов подстраиваются под уже имеющиеся в наличии материалы – в основном под магнитопровод. Параметры элементов некоторых сварочных трансформаторов могут сильно выходить за рамки рекомендуемых стандартными методиками значений. А для некоторых схем, нашедших признание в кустарном производстве, никакие стандартные методики вообще не разработаны. К тому же индивидуально изготовленные сварочные аппараты (далее – СА), как правило, соответствуют конкретным нуждам того или иного изобретателя. Всё это обусловливает разнообразие конструкций любительских сварочных аппаратов. И хотя зачастую трансформаторы собирают не из самого лучшего трансформаторного железа, их мотают не самым подходящим проводом, они усиленно греются и вибрируют, главное – они работают. Их характеристики находятся на приемлемом рабочем уровне, а в случае необходимости могут быть подправлены. Не претендуя на применение в высокотехнологичном производстве, такие СА вполне и с успехом можно использовать в бытовых целях, сэкономив своему владельцу немало времени и средств для проведения тех или иных хозяйственных работ.

Любительские СА должны удовлетворять ряду требований, основные из которых следующие: относительная компактность и небольшой вес; достаточная продолжительность непрерывной работы от сети 220 В (не менее 5–7 электродов ∅3–4 мм). Вес и габариты аппарата могут быть снижены благодаря уменьшению его мощности, а увеличение продолжительности работы – благодаря использованию стали с высокой магнитной проницаемостью и теплостойкой изоляции обмоточных проводов. Эти требования несложно выполнить, зная основы конструирования сварочных аппаратов и придерживаясь предлагаемой технологии их изготовления.

Итак, для нормальной работы сварочного аппарата необходимо:

– обеспечить выходное напряжение для надежного зажигания дуги. Для любительского СА U_xx = 60–65 В. Более высокое выходное напряжение холостого хода обычно не рекомендуется, что связано в основном с обеспечением безопасности работы. Однако для придания устойчивости горения дуги на малых токах желательно иметь повышенное напряжение холостого хода U_xx сварочной обмотки (до 70–75 В, как у промышленных СА);

– обеспечить напряжение сварки U_св, необходимое для устойчивого горения дуги. В зависимости от диаметра электрода U_св = 18–24 В;

– обеспечить номинальный сварочный ток I_св= (30–40)×d_э, где I_св – величина сварочного тока, А; 30–40 – коэффициент, зависящий от типа и диаметра электрода (d_э), мм;

– ограничить ток короткого замыкания Iкз, величина которого не должна превышать номинальный сварочный ток более чем на 30–35 %.

Разумеется, устойчивое горение дуги возможно лишь в том случае, если сварочный аппарат будет обладать падающей внешней характеристикой (см. рис. 9).

Универсальный трансформаторный СА на токи от 15–20 до 180–200 А собрать достаточно сложно. Для грубого (ступенчатого) перекрытия диапазона сварочных токов необходима коммутация как первичных обмоток, так и вторичных (что конструктивно более сложно из-за большого протекающего в ней тока). Кроме того, в промышленных СА для плавного изменения тока сварки в пределах выбранного диапазона используют механические устройства перемещения обмоток. При удалении сварочной обмотки относительно сетевой увеличиваются магнитные потоки рассеивания, что приводит к снижению тока сварки. Поэтому, конструируя любительский СА, не следует стремиться к полному перекрытию диапазона сварочных токов. Целесообразно на первом этапе собрать простой сварочный аппарат переменного тока для работы с электродами ∅2–4 мм, а на втором этапе дополнить его выпрямительным устройством. В случае же необходимости работы на малых токах сварки аппарат оснащают отдельным выпрямителем с плавным регулированием сварочного тока.

Приступая к сборке трансформатора, разумным будет установить для себя предел выходного тока и мотать обмотки под выбранную мощность. При этом следует учитывать, что не каждая электросеть может выдержать аппетиты мощных СА. С увеличением мощности растет степень нагрева и износа трансформатора, необходимы более толстые и дорогие провода, увеличивается вес, да и никакой трансформатор от однофазной сети не способен развить ток выше 200 А. Золотой серединой здесь может быть мощность трансформатора, достаточная для работы наиболее популярным электродом ∅3 мм, для чего понадобится выходной ток 120–130 А.

Основным элементом классического сварочного источника переменного тока является специализированный сварочный трансформатор (далее – СТ). По характеру устройства магнитного сердечника различают трансформаторы броневого (рис. 36, а) и стержневого типов (рис. 36, б – в). Трансформаторы стержневого типа имеют более высокий КПД и допускают большие плотности токов в обмотках. Поэтому СТ чаще всего бывают именно стержневого типа.

По характеру устройства обмоток различают трансформаторы с цилиндрическими, разнесенными и дисковыми обмотками.

В трансформаторах с цилиндрическими обмотками одна обмотка намотана поверх другой (рис. 37, а). Так как обмотки находятся на минимальном расстоянии друг от друга, то практически весь магнитный поток первичной обмотки сцепляется с витками вторичной обмотки. Только очень небольшая его часть, называемая потоком рассеяния, протекает в зазоре между обмотками и не связана со вторичной обмоткой.

Такой трансформатор имеет жесткую характеристику, и ток короткого замыкания на вторичной обмотке более чем в 10 раз превосходит рабочий ток трансформатора. В этом случае для получения крутопадающей внешней характеристики дополнительно приходится использовать дроссель переменного тока.

Рис. 36. Магнитопроводы сварочных трансформаторов:

а – сердечник броневого типа (с обмоткой); б – сердечник стержневого типа; в – тороидальный сердечник (a, b – размеры сердечника (керна); с, d – размеры окна); г – пластины Г-образной формы; д – пластины П-образной формы; е – набор из полос трансформаторной стали

В ранних сварочных источниках такой дроссель присутствовал как независимый конструктивный элемент, дополнительно увеличивающий массу и габариты сварочного источника. Позже в качестве дросселя стали использовать индуктивность рассеяния самого СТ. Для получения требуемой величины индуктивности рассеяния обмотки трансформатора стали разносить на разные стержни или выполнять в виде дисков.

В трансформаторах с разнесенными обмотками (рис. 37, б) первичная и вторичная обмотки находятся на различных стержнях. Так как обмотки удалены друг от друга, то значительная часть магнитного потока первичной обмотки не связана со вторичной обмоткой. Еще говорят, что эти трансформаторы имеют развитое электромагнитное рассеяние. Индуктивности рассеяния обмоток имеют значительную величину, и их реактивное сопротивление гораздо сильнее влияет на ток трансформатора, чем в случае трансформатора с цилиндрическими обмотками. Трансформатор с разнесенными обмотками имеет падающую внешнюю характеристику, где рабочий ток составляет около 80 % от тока короткого замыкания (КЗ).