Рис. 62. Сглаживание пульсаций выпрямленного тока:

а – переменный ток на выходе СТ; б – пульсирующее напряжение после диодного моста; в – крутопадающая характеристика СА при сглаживании пульсаций конденсатором; г – сглаживание пульсаций дросселем; д – сглаживание пульсаций конденсатором

Создаваемое конденсатором начальное повышенное напряжение облегчает зажигание дуги. А когда потенциал на сварочном электроде упадет до напряжения вторичной обмотки трансформатора (рабочая точка «А»), возникнет процесс устойчивого горения дуги с наплавлением металла в зоне сварки. Чтобы создать такое «энергетическое чудо», требуется конденсатор емкостью 5000—10 000 мкф. В этом случае он на холостом ходу будет заряжаться до уровня максимального по амплитуде напряжения.

Особенно рекомендуется ставить конденсатор в том случае, если источник питания имеет низкое выходное напряжение (меньше 40 В) и возникают трудности в момент зажигания сварочной дуги. При этом конденсатор лучше включить через сопротивление 0,5–1,5 Ом (рис. 62, д). Присутствие резистора обусловлено тем, что в момент зажигания дуги происходит касание конца электрода о металл изделия, т. е. короткое замыкание. Если сопротивления в цепи конденсатора нет, то происходит мгновенный разряд конденсатора большой емкости, импульс высокого тока сопровождается громким щелчком, а часто и разрушением кончика электрода или его мгновенным привариванием к металлу изделия. Работать с таким источником весьма неудобно, треск разрядов действует на нервы. Дополнительный же резистор ограничивает ток, сглаживает разряд конденсатора, делая зажигание дуги легче и мягче.

И все же зажечь дугу при невысоком напряжении непросто. Для маломощного сварочного аппарата это самый тяжелый режим, так как происходит замыкание вторичной обмотки на короткое время до момента отведения электрода от детали. Проблему можно решить следующим способом: напряжение холостого хода заранее повышено устройством вольтдобавки, а после зажигания дуги оно уменьшается до оптимальных 30–40 В. Схема такого аппарата показана на рис. 63, а.

Сварочный трансформатор Т1 с диодным выпрямителем VD1—VD4 дополнен еще одной обмоткой III, выпрямителем VD5—VD8, дросселем L1 и переключательным диодом VD9. Обмотка III намотана на отдельном каркасе и расположена рядом с катушкой, содержащей сетевую и основную обмотки I и II соответственно.

Основная вторичная обмотка II рассчитана на напряжение 30–40 В и ток 100–120 А. Она обеспечивает рабочий сварочный ток в дуге. Дополнительная вторичная обмотка III рассчитана на напряжение 12–14 В при токе 10 А. Она-то и формирует напряжение вольтдобавки.

До момента касания электродом свариваемых деталей напряжение на нем равно сумме значений выпрямленного напряжения обеих обмоток, поскольку переключающий диод VD9 оказывается закрытым выходным напряжением моста VD5—VD8, а оба моста – включенными последовательно. Напряжение на электроде равно 42–54 В.

При касании электродом детали диод VD9 открывается, напряжение на нем уменьшается до 1,5 В, обеспечивая сварочный ток через зажженную дугу. Поскольку через диоды VD5—VD8 и дроссель L1 сварочный ток не протекает, для этого моста достаточно десятиамперных диодов, а дроссель можно намотать на любом магнитопроводе сечением 10–12 см². Обмотку выполняют проводом ПЭВ-2 ∅1,6–1,8 мм до заполнения окна. При сборке магнитопровода необходимо предусмотреть немагнитный зазор между его частями, вложив прокладку из прессшпана толщиной 0,5–1 мм.

Вместо КД242Б можно использовать диоды Д305, Д214, КД213А, КД213В, КД2999А – КД2999В. Их надо установить на пластинчатые теплоотводы размерами 100 × 100 × 5 мм. Вместо ВК2-200 подойдут диоды Д161-250, Д161-320. Эти диоды лучше всего смонтировать на ребристые или игольчатые теплоотводы.

Конструктивно устройство вольтдобавки может быть выполнено и в виде приставки к СТ, переведенному на постоянный ток. Схема такой приставки показана на рис. 63, б. В ней использован сетевой трансформатор ТС-270 от старых ламповых телевизоров со своей «родной» сетевой обмоткой. Вторичную обмотку на 12 В при токе до 15 А надо намотать самостоятельно. Целесообразно предусмотреть у этой обмотки выводы на 13, 14 и 15 В для того, чтобы приставку можно было использовать и для других целей, в частности для зарядки аккумуляторных батарей. Переключающий диод VD5 входит в состав приставки. Дроссель L1 такой же, как указано выше.

Рис. 63. Схемы вольтдобавки для надежного зажигания сварочной дуги:

а – с дополнительной обмоткой СТ; б – приставка к СА постоянного тока; в – экономичная схема

Если еще немного изменить схему, можно уменьшить число необходимых диодов, а значит, и громоздких теплоотводов для них. Такой вариант показан на рис. 63, в. Работа этого узла аналогична работе описанного выше, разница лишь в том, что роль переключающих выполняют два диода VD1, VD3 выпрямительного моста аппарата. Они открываются поочередно на половину периода сетевого напряжения, когда дуга еще не зажжена, и закрыты, когда дуга горит.

Для плавного регулирования выпрямленного сварочного тока используют более сложные, как правило, электронные схемы. Зато в силовых цепях отсутствуют переключатели, подвижные элементы и т. п. ненадежные детали и узлы – «слабые звенья» многих любительских конструкций. К тому же ступенчатая регулировка тока ограничивает возможность выбора оптимальной величины сварочного тока, а наличие отводов усложняет конструкцию сварочного трансформатора. Подвижный шунт позволяет плавно регулировать ток, но также усложняет конструкцию трансформатора и является источником шума.

Преимущества регуляторов постоянного тока – в их универсальности. Диапазон изменения напряжений составляет 0,1–0,9 Uxx, что позволяет использовать их не только для плавной регулировки тока сварки, но и для зарядки аккумуляторных батарей, питания электронагревательных элементов и других целей.

Довольно широкое распространение получили тиристорные и симисторные схемы регулировки мощности. Тиристоры и симисторы являются не полностью управляемыми электронными ключами. Они могут находиться только в двух состояниях: закрытом или открытом. Тиристор, подобно диоду, пропускает ток только в одном направлении. Для управления переменным током используют два встречно включенных тиристора или один симистор[26]. Внутренняя структура симистора содержит два встречно включенных тиристора, но управляются они при помощи одного внешнего управляющего электрода.

Однажды открытый симистор не реагирует на сигнал управления и сохраняет свое открытое состояние до тех пор, пока через него протекает больший по величине ток, чем ток удержания. По этой причине эти электронные приборы называются не полностью управляемыми.

В цепях периодического переменного тока каждые полпериода ток меняет свое направление, снижаясь до нуля. При этом каждый раз достигается автоматическое запирание (гашение) симистора. Задерживая или сдвигая момент включения симистора относительно начала полупериода, можно осуществлять регулировку переменного тока.

Меняя длительность задержки от нуля до полупериода (фазовый сдвиг от 0° до 180°), можно осуществлять полную регулировку переменного тока. Иначе говоря, регулирование мощности происходит путем периодического отключения на фиксированный промежуток времени первичной или вторичной обмотки СТ на каждом полупериоде тока; среднее значение тока при этом уменьшается. Такие схемы позволяют регулировать мощность в широких пределах, но ток и напряжение после этого имеют не синусоидальную форму, а процесс горения дуги несколько ухудшается – с уменьшением мощности дуга начинает гореть отдельными все более кратковременными вспышками.