Выпрямитель – регулятор постоянного тока

Схема удобного и надежного регулятора постоянного тока представлена на рис. 64. Диапазон изменения напряжения – от 0 до 0,86 · U2, что позволяет использовать регулятор для зарядки аккумуляторных батарей большой емкости, питания электронагревательных элементов и, разумеется, для проведения сварочных работ как обычным электродом, так и из нержавеющей стали, при плавной регулировке тока.

Выпрямитель-регулятор может подключаться к любому сварочному трансформатору с напряжением вторичной обмотки U2 = 50–90 В. Предлагаемая конструкция очень компактна. Общие габариты не превышают размеры обычного нерегулируемого мостового выпрямителя для сварки постоянным током.

Схема регулятора состоит из двух блоков: управления А и силового В. Первый представляет собой фазоимпульсный генератор. Выполнен он на базе аналога однопереходного транзистора, собранного из двух полупроводниковых приборов n-p-n– и p-n-p-типов. Постоянный ток регулируется переменным резистором R2. В зависимости от положения его движка конденсатор С1 заряжается до 6,9 В с различной скоростью. При превышении этого напряжения транзисторы резко открываются, и С1 начинает разряжаться через них и обмотку импульсного трансформатора Т1. Тиристор, к аноду которого подходит положительная полуволна (импульс передается через вторичные обмотки), при этом открывается.

В качестве импульсного можно использовать промышленные трехобмоточные ТИ-3, ТИ-4, ТИ-5 с коэффициентом трансформации 1:1:1. Подойдут и другие изделия. Например, хорошие результаты дает использование двух двухобмоточных трансформаторов ТИ-1 при последовательном соединении первичных обмоток. Причем все названные типы ТИ позволяют изолировать генератор импульсов от управляющих электродов тиристоров.

Правда, мощность импульсов во вторичных обмотках ТИ недостаточна для включения соответствующих тиристоров в силовом блоке В. Поэтому для включения мощных тиристоров использована пара маломощных тиристоров VS1 и VS2 с высокой чувствительностью по управляющему электроду.

Силовой блок выполнен по однофазной мостовой несимметричной схеме. Здесь тиристоры VS3 и VS4 работают в одной фазе, а плечи на VD6 и VD7 при сварке работают как буферный диод.

Монтаж конструкции может быть навесным, когда детали размещаются непосредственно на выводах импульсного трансформатора и других относительно крупногабаритных элементах схемы. Правильно собранный регулятор должен начать работать сразу, без каких-либо наладок.

Рис. 64. Принципиальная электрическая схема регулятора постоянного тока. График поясняет работу силового блока, выполненного по однофазной мостовой несимметричной схеме (U2 – напряжение, поступающее со вторичной обмотки сварочного трансформатора, α – фаза открывания тиристора, t – время)

Простой сварочный аппарат с регулятором тока

Характерной особенностью этого сварочного аппарата является отсутствие дорогих и дефицитных деталей. В его основе – самодельный тороидальный трансформатор с внешним диаметром сердечника 260 мм, внутренним – 120 мм и высотой 90 мм.

Первичная обмотка намотана проводом ПЭВ-2 ∅2,0 мм, количество витков, рассчитанных на 220 В, примерно равно 170 (этот параметр во многом зависит от плотности сборки пластин). Точное количество витков можно проверить экспериментальным способом. Если ток холостого хода будет больше 1 А, то необходимо домотать витки, если существенно меньше – отмотать. Вторичная обмотка содержит 30 витков шины сечением 15–20 мм или провода ПВ-3 (провод гибкий с медной жилой и ПВХ-изоляцией). Она рассчитана на напряжение 40 В. При необходимости число витков можно увеличить. Третья обмотка содержит столько же витков и намотана проводом МГТФ-0,35.

После изготовления и испытания трансформатора можно приступить к изготовлению схемы управления. Она представляет собой фазовый регулятор тока (рис. 65). Переменное напряжение, снятое с третьей обмотки трансформатора, выпрямляется мостом на диодах VD5—VD8. Положительной полуволной через резисторы R, R2 заряжается конденсатор С1. Когда напряжение достигнет примерно 6 В, происходит пробой аналога низковольтного динистора, собранного на стабилитроне VD9 и тиристоре VS3, и через диод VD3 открывает тиристор VS1, емкость С1 при этом разряжается. То же самое происходит при отрицательной полуволне, только открываются диод VD4 и тиристор VS2. Резистор R3 служит для ограничения тока через аналог динистора.

Налаживание заключается в подстройке резистором R1 необходимой зоны регулирования сварочного тока.

В качестве SA1 можно использовать любой автомат на ток 25 А. Вместо VD3—VD8 – диоды КД202В – КД202М или любые другие, рассчитанные на ток более 0,7 А и напряжение 70 В. Вместо КУ101А можно использовать КУ201– КУ202. Резисторы Rl, R2 должны иметь мощность не менее 10 Вт. С1 типа К50-6. VD1, VD2, VS1, VS2 рассчитаны на ток 160–250 А с любой группой по напряжению. Их необходимо установить на радиаторы с площадью охлаждения не менее 100 см².

Рис. 65. Простой СА с регулятором тока

В мелкосерийном производстве и мастерских домашних умельцев достойное место занимают переносные или небольшие стационарные аппараты электроконтактной (точечной) сварки (ЭСА). По конструкции они представляют собой СА переменного тока, имеющие ряд принципиальных конструктивных и технологических особенностей. Эти особенности связаны в первую очередь с достаточно большим током, протекающим во вторичной (сварочной) обмотке (тысячи ампер), и конструкцией сварочных электродов. Однако те, кто имеет некоторый опыт сборки и налаживания обычных сварочных аппаратов, без особых проблем смогут собрать аппарат и для электроконтактной сварки.

ЭСА состоит из собственно трансформатора, двух электродов и механизма их крепления. При достаточной его мощности толщина свариваемых изделий может достигать 3–4 мм.

Для нормальной работы ЭСА в первую очередь необходимо:

1. Обеспечить номинальный сварочный ток (Iсв), величина которого может колебаться от 1,5 до 5–6 тыс. ампер в зависимости от типа и толщины свариваемых изделий.

Например, тонколистовые кузовные детали автомобилей сваривают током 4000–4500 А.

2. Обеспечить требуемое усилие прижима электродов и длительность сварки, которое устанавливают эмпирическим путем после проверки качества сварки на опытном образце.

Как правило, усилие при сварке не превышает 20–25 кг, а длительность его – 0,8–0,9 с.

3. Обеспечить оперативное включение и выключение ЭСА.

В отличие от обычного сварочного аппарата, выходное напряжение холостого хода (Uxx) ЭСА не имеет существенного значения и в зависимости от его конструкции может изменяться в достаточно широком диапазоне – от 1–2 В до 5–7 В и более, однако чаще всего не превышает 4–5 В.

В любительском ЭСА коммутация первичных и тем более вторичных обмоток, в отличие от промышленных аппаратов, использующих сложный в изготовлении механизм переключения, не предусматривается. Соответственно, дополнительные отводы от первичной и вторичной обмоток трансформатора делать нецелесообразно. Для обеспечения требуемого тока сварки при различной толщине свариваемого металла возможно использование балластного сопротивления, которое состоит из куска нихромовой проволоки ∅3–4 мм соответствующей длины. Балластное сопротивление включают последовательно в цепь сварочной обмотки и подбирают опытным путем.

Необходимо обеспечить аппарат удобными и безопасными зажимами для сварки и короткими, с большим сечением сварочными проводами.