Текст книги "Домашний электрик"

Стабилизаторы

Стабилизаторы напряжения предназначены для регулирования напряжения телевизоров. Стабилизатор обеспечивает нормальный прием телевизионных передач в условиях, когда напряжение в сети понижено или повышено, а также способствует увеличению срока службы кинескопов, ламп и других элементов телевизора.

При колебаниях напряжения в сети стабилизатор автоматически поддерживает необходимое напряжение питания телевизора, при этом не надо контролировать величину напряжения. Стабилизаторы включают в сеть переменного тока напряжением 127 или 220 В. При этом стабилизированное напряжение в обоих случаях одинаково и равно 220 В.

Стабилизаторы напряжения предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от 5 до 40 °C при относительной влажности до 80 % и высоте над уровнем моря до 1000 м. Для питания приборов или аппаратов с электродвигателями (компрессионные холодильники, стиральные машины и т. п.) стабилизаторы не применяются.

Стабилизаторы напряжения выпускаются с линейным сопротивлением в виде выделенного ненасыщенного дросселя, а также с магнитным шунтом. К стабилизаторам напряжения с линейным сопротивлением в виде выделенного ненасыщенного дросселя относятся: ФСН-200, ФСН-200А, ФСН-200В, «Львов-1», «Маяк», «Вега-70», СН-200 и др. К стабилизаторам с магнитным шунтом относятся следующие модели: ТСН-170, ТСН-250, ТСН-200 и др.

Автоматический стабилизатор напряжения «Вега-70» представляет собой электромагнитный регулятор напряжения феррорезонансного типа с параллельным резонансным контуром и выходным фильтром для стабилизации напряжения на нагрузке (напряжения выхода стабилизатора).

Основными элементами стабилизатора являются: автотрансформатор AT, линейный трансформатор Т, конденсатор и дроссель фильтра ДФ. Сердечники Т и ДФ имеют немагнитные зазоры, что делает эти элементы электрически линейными (с пропорциональной зависимостью между током и напряжением). Сердечник AT практически не имеет немагнитного зазора, что делает его нелинейным элементом (непропорционально большое изменение тока при изменениях приложенного напряжения). Сочетание нелинейности AT с линейностью Т положено в основу принципа работы феррорезонансных стабилизаторов.

Для борьбы с гармониками, искажающими выходное напряжение стабилизатора, параллельно нагрузке включается специальный фильтр, в который входят дроссель фильтра ДФ и включенная с ним последовательно емкость 10 мкФ на 250 В.

Все элементы стабилизатора размещены на металлическом основании и закрыты кожухом из ударопрочного декоративного полистирола.

Для охлаждения нагревающихся частей стабилизатора проточным воздухом в основании и кожухе сделаны вентиляционные отверстия. Выключатель стабилизатора расположен на верхней части кожуха. На боковой стенке установлены предохранитель и штепсельные гнезда для подключения электрического соединительного шнура телевизора.

Стабилизаторы с магнитным шунтом отличаются от стабилизаторов с линейным дросселем тем, что в них в качестве линейного сопротивления используется индуктивность рассеяния магнитного потока на пути от первичной ко вторичной обмотке. Эта индуктивность усиливается при помощи внешнего или внутреннего магнитного шунта, создающего благоприятные условия для замыкания через него магнитного потока рассеяния, минуя вторичную обмотку автотрансформатора. Стабилизаторы этого типа, так же как и стабилизаторы с линейным сопротивлением, имеют те же элементы схемы – нелинейное звено в виде параллельного феррорезонансного контура, компенсационную обмотку и фильтр высших гармонических составляющих.

Универсальный источник электрического питания устраняет опасность поражения электрическим током при работе с электрическим инструментом, электрифицированными наглядными пособиями, макетами и т. п. Он состоит из универсального понижающего устройства УП-220/42/36, которое преобразует напряжение сети переменного тока 220 В в переменное напряжение 42 или 36 В; выпрямителей ВУ-4, которые преобразуют вторичное напряжение понижающего устройства в постоянное напряжение 4 В (10 шт.); штепсельных соединений для подключения к понижающему устройству нагрузки (3 шт.) электрических паяльников ПСН-40 на рабочее напряжение 42 В (10 шт.); понижающего устройства, которое имеет три выхода для подключения нагрузки (линии Л1—Л3) и защиту от внутренних и внешних коротких замыканий.

Понижающее устройство универсального источника электрического питания размещается в металлическом корпусе, на котором расположена световая сигнализация о включении его в сеть.

Конструктивное исполнение штепсельной вилки выпрямителя и электропаяльника исключает возможность их включения в сеть 220/127 В.

Изготовление трансформатора с Ш-образным сердечником

После расчета трансформатора, подбора диаметра провода, пластин сердечника, изготавливают каркас для намотки обмоток трансформатора. Допустим необходимо изготовить трансформатор с такими характеристиками: напряжение на первичной обмотке 220 В или 127 В, напряжение на вторичной обмотке 3,5 В, 6 В и 12 В при токе 2 А.

Трансформатор наматывается на сердечнике Ш18 с толщиной пакета 35 мм. По размерам среднего стержня трансформаторной пластины делают деревянный брусок и склеивают на нем из картона прочную катушку. Чтобы склеенную катушку можно было снять с бруска, его нужно обернуть двумя слоями бумаги. Высота катушки должна быть на 1 мм меньше высоты среднего стержня, а щечки должны входить между крайними стержнями буквы «Ш».

Намотку провода на каркас лучше производить на специальном станке со счетчиком количества намотанных витков. Если такого намоточного станка нет, то тогда наматывают обмотки вручную, аккуратно укладывая витки вдоль каркаса. Если напряжение тока 127 В, наматывают на катушку 1200 витков изолированного провода диаметром 0,31-0,35 мм. Если напряжение 220 В, наматывают 2200 витков изолированного провода диаметром 0,25– 0,29 мм.

Концы обмоток выводят через щечки катушки. При этом нужно учесть в каком месте щечки их выводить, чтобы при сборке трансформатора концы не попали под пластины сердечника.

При намотке первичной обмотки необходимо через каждые несколько рядов провода прокладывать ленту парафинированной бумаги или чертежной кальки на всю ширину катушки. При намотке нужно быть внимательным, чтобы крайние витки не западали возле щечек. Намотав первичную обмотку, оборачивают ее двумя-тремя слоями бумаги и уже поверх нее мотают вторичную обмотку.

Число витков вторичной обмотки зависит от того, какое напряжение нужно получить. В данном случае на выходе должно быть несколько разных напряжений для питания различных потребителей. Поэтому вторичную обмотку делают с несколькими отводами. Напряжение во вторичной обмотке будет в несколько раз ниже, чем в первичной, но зато величина тока будет почти во столько же раз больше.

Тонкий провод при прохождении по нему большого тока сильно нагреется. Поэтому вторичную обмотку нужно намотать проводом диаметром не меньше 1 мм. Лучше всего взять провод диаметром около 1,2 мм. Намотав 40 витков вторичной обмотки, складывают провод вдвое и протягивают получившуюся петлю через отверстие в щечке. Это будет первый отвод. Часть обмотки между началом и первым отводом даст напряжение около 3,5 В, нужное для горения лампочки карманного фонаря. Следующий отвод делают через 28 витков. Напряжение между ним и началом обмотки будет 6 В. Сюда можно будет подключить 6-вольтовую автомобильную лампочку. Наконец, намотав еще 67 витков, делают последний вывод. Полное напряжение всей вторичной обмотки будет 12 В и сюда можно подключать 12-вольтовую лампочку.

Готовую катушку оклеивают двумя слоями плотной бумаги. Затем туго набивают ее стальными пластинами «вперехлест». При вставке последних пластин нужно быть внимательным, чтобы их не перекосить, иначе можно углом пластины порезать каркас катушки и повредить обмотку.

После этого сердечник обжимают стальной обоймой с лапками для прикрепления к панели. Если готовой обоймы подходящего размера нет, ее изготавливают самостоятельно. Готовый трансформатор привинчивают к деревянной панели с ножками из двух реек. К выводам первичной обмотки присоединяют шнур с вилкой для подключения к сети переменного тока. Выводы вторичной обмотки присоединяют к четырем клеммам.

С нижней стороны панели прошедшие насквозь концы клемм заливают расплавленной канифолью или так называемой кабельной массой, чтобы между ними не могло возникнуть случайного замыкания, если под панель попадет проволочка или обрезок жести. Во время работы трансформатор немного нагревается, но на это можно не обращать внимания, так как правильно рассчитанный трансформатор должен быть чуть-чуть теплым. Очень плохо, когда трансформатор нагревается очень сильно и начинает дымиться. Значит, где-то повреждена изоляция проводов. В этом случае разбирают трансформатор, находят поврежденное место и устраняют неисправность.

Изготовление трансформатора с самодельным сердечником

Трансформатор, описанный выше, изготовляется при наличии пластин из специальной трансформаторной стали. В том случае, когда таких пластин нет, в качестве сердечника можно использовать полоски, вырезанные из белой жести и изолированные друг от друга. Рассмотрим изготовление трансформатора с самодельным сердечником с такими характеристиками: напряжение на первичной обмотке 220 В или 127 В, напряжение на вторичной обмотке 2 В, 6 В, 15 В и 18 В.

Каркас склеивают из прессшпана, фибры или, в крайнем случае, из картона. Сверху каркас покрывают шеллаком или парафинируют и сушат при комнатной температуре. Поверхность просушенного каркаса слегка обчищают шкуркой, а после производят на нем намотку. Наматывают две обмотки, сначала первичную – сетевую (высоковольтную), затем вторичную – понижающую (низковольтную). Сетевая обмотка производится медным одножильным проводом диаметром 0,3–0,35 мм в эмалевой изоляции типа ПЭЛ. Сетевая обмотка для напряжения в 220 В содержит 1450 витков, а для напряжения 127 В – 820 витков.

Витки первичной обмотки укладывают вплотную в несколько слоев. Между слоями намотки прокладывают один-два слоя папиросной или парафинированной бумаги. Сверху сетевую обмотку тщательно обматывают лакотканью или изоляционной лентой. Затем укладывают 105 витков проволоки диаметром 1,5 мм в эмалевой, хлопчатобумажной или шелковой изоляции. Понижающая обмотка имеет три вывода: от тринадцатого, от тридцать восьмого и от восемьдесят шестого витка. Все выводы делаются гибкими многожильными проводами в надежной изоляции. Вторичную обмотку после намотки обматывают лакотканью или парафинированной бумагой.

Следующим этапом изготовления трансформатора является изготовление его сердечника. Для сердечника из тонкого кровельного железа вырезают пластины размером 30x50 мм. Пластины тщательно выравнивают и укладывают в пакет. Пластин должно быть такое количество, чтобы при плотном их сжатии толщина пакета равнялась 30–35 мм. Пластины связывают вместе, кладут в топящуюся печь и отжигают. В печи пластины нагревают до светло-красного каления, после чего их зарывают в горячую золу.

Охлаждение длится несколько часов, по мере охлаждения печи. Остывшие пластины очищают от окалины и оклеивают с одной стороны тонкой бумагой, например, папиросной. Это позволит уберечь сердечник собранного трансформатора от нагрева при работе. Готовые пластины складывают в пакет так, чтобы оклеенные поверхности были направлены в одну сторону, то есть оклеенная поверхность одной пластины должна соприкасаться с неоклеенной поверхностью другой. Плотно сжатый пакет вставляют в отверстие каркаса катушки. Делят на две приблизительно равные части. Каждую часть пакета загибают вокруг щечек в разные стороны. Отгибание начинают с крайних пластин, при этом края пластин должны немного перекрывать друг друга. После того как все пластины загнуты, их нужно как можно сильнее сжать и обвязать изоляционной лентой или тесьмой. Обвязывать пластины проволокой нельзя.

Готовый трансформатор укрепляют скобой с двумя шурупами на пластмассовой или деревянной панели размером 150x100 мм. К выводам первичной, сетевой обмотки, припаивают провода осветительного шнура, заделанного на конце штепсельной вилкой для включения в розетку электросети. К панели выводов сетевой обмотки трансформатора шнур прикрепляют металлической скобкой. На шнур под скобкой, чтобы он не перетерся, надевают кусок резиновой трубки. На панели со стороны выводов понижающей обмотки устанавливают пять зажимов. Возле зажимов пишут краской величины напряжений, снимаемых со вторичной обмотки. К зажимам (по порядку) подключают начало обмотки, первый, второй, третий выводы и конец обмотки.

С зажимов понижающей обмотки для питания электроустройств и приборов можно снимать ток разного напряжения. Сверху панель с трансформатором желательно закрыть кожухом из пластмассы или сухой фанеры. В кожухе необходимо прорезать отверстия для шнура, а также для выводов понижающей обмотки, после чего кожух крепят шурупами к панели.

Домашняя мастерская

Электролобзики: назначение и принцип действия

Электролобзик, наряду с электродрелью и углошлифовальной машиной («болгаркой»), можно смело отнести к числу наиболее востребованных и универсальных ручных электроинструментов. С его помощью можно выполнять как ровные продольные, так и фигурные пропилы в листовых материалах из дерева, металла, керамики и пластика. Причем конструкция современных электролобзиков позволяет это делать качественно и быстро, точно следуя предварительно выполненной разметке.

Особенно широкое распространение электролобзики получили как инструменты для работы по дереву. Например, для финишной подгонки некоторых деталей кухонной мебели электролобзики используются практически повсеместно.

Рабочим элементом электролобзика является небольшая пилочка длиной всего 50-120 мм. Она совершает возвратно-поступательные движения вдоль вертикальной оси с амплитудой 25–26 мм и частотой 500-3000 колебаний в минуту, образуя в обрабатываемом материале узкий (~1 мм) пропил.

В зависимости от обрабатываемых материалов пилочки для электролобзиков отличаются типом стали, из которой они изготовлены, размерами и конструкцией режущих зубьев. Например, для работы по дереву «шаг» зубьев находится в пределах 2–4 мм, а по металлу – 0,7–1,5 мм, редко – 3 мм. Длина пилок для дерева и картона 50-120 мм, для металлов – 50–75 мм.

Пилка электролобзика приводится в действие через специальный редуктор коллекторным электродвигателем. Чтобы ускорить процесс резания и увеличить срок службы пилки, ей сообщается, кроме движений вдоль вертикальной оси, еще и маятниковые колебания, когда режущее полотно при движении вниз отводится от материала, и порезка выполняется лишь при его движении вверх. Чтобы скорость резания не зависела от нагрузки на пилу, эффективная мощность электродвигателя устанавливается специальным электронным регулятором.

Практически все электролобзики сконструированы так, чтобы с ними можно было работать одной рукой. Для этого удобная ручка с клавишей включения-выключения располагается над двигателем и редуктором, а узел крепления пилки с защитным стеклом и сама пилка – в нижнем углу переднего торца лобзика.

Чтобы обеспечить высокую точность резания, вся конструкция инструмента лежит на гладкой опорной плите. Она освобождает руку от необходимости удерживать лобзик на весу, сохраняет постоянным расстояние до обрабатываемой поверхности и позволяет выставлять угол резания (до 45°). То есть плоскость реза может быть не только вертикальной, но и наклонной.

Во многих моделях электролобзиков предусмотрены подсветка рабочей зоны и автоматический сдув опилок, а также патрубок для подключения к отсасывающему устройству (пылесосу).

Возможности электролобзиков в значительной степени зависят от мощности используемого в них электродвигателя. И если инструменты мощностью 700 Вт способны успешно резать деревянный лист толщиной 100–110 мм, стальной – 10 мм, а из цветного металла – до 30 мм, то мощность 400 Вт позволяет работать с деревом толщиной лишь 50 мм, со сталью толщиной 3 мм, с цветным металлом – до 10 мм.

В Украине можно приобрести электролобзики более десятка торговых марок. Но для всех действует одно правило: чем мощней электроинструмент, тем он надежней. Кстати, электролобзики, которые принято называть профессиональными, как правило, имеют электрическую мощность 600 Вт и выше.

Бытовые сварочные аппараты

Самостоятельно сделать прочную конструкцию из металлического уголка или швеллера: шкафчик для инструмента или для газовых баллонов, каркас скамейки или парника, ворота или калитку, отремонтировать садовый инвентарь удобнее всего с помощью сварки. Обычно при упоминании этого процесса возникают следующие ассоциации: громоздкий сварочный аппарат на колесах и яркие вспышки со снопом искр, от взгляда на которые в глазах «прыгают зайчики».

При необходимости приобрести сварочный аппарат многих смущают внушительные габариты и другие неудобства в использовании этого «монстра» в домашнем хозяйстве. Вряд ли кому-нибудь доставит особое удовольствие пользоваться сварочным аппаратом «Сварис», перенося его за две металлические ручки по бокам, при весе 35 кг и размерах 310x280x510 мм.

В последнее время в продаже появились бытовые сварочные аппараты, которые настолько меньше промышленных по весу и размерам, что кажутся почти игрушечными. Их можно переносить за специальную ручку или на ремне через плечо без особых усилий. У вас не будет проблем при выделении места для постоянного хранения такого аппарата. Работа же с ним настолько проста, что каждый желающий может овладеть искусством сварки.

Процесс дуговой сварки основан на явлении электрической дуги, при котором кромки свариваемых металлических частей расплавляются дуговым разрядом между электродом и металлом в месте соединения. При постепенном перемещении электрода вдоль свариваемой кромки двух деталей отдельные точки сварки сливаются в шов. При этом необходимо поддерживать определенный зазор между электродом и свариваемыми кромками, поскольку при их касании происходит короткое замыкание, а при слишком большом зазоре дуга гаснет.

В быту наибольшее распространение получила ручная дуговая сварка или сокращенно РДС. Она сопровождается плавлением электрода в форме металлического стержня со специальным покрытием при использовании переменного или постоянного тока. В Украине ее еще называют сваркой плавящимся одиночным электродом, а за рубежом – сокращенно ММА. Ручной сварку называют потому, что зажигание дуги и поддержание ее стабильной длины, перемещение электрода по мере расплавления на соединяемые детали с образованием шва полностью осуществляет сам сварщик. В книге мы ограничимся рассмотрением малогабаритных сварочных аппаратов весом до 20 кг (это делает доступным перенос их одной рукой), рассчитанных на работу от электросети напряжением 220 В, которая имеется в каждом доме.

Температура в зоне дуги обычно доходит до 6000–7000 °C и определяется силой сварочного тока, которая при ограниченном весе сварочного аппарата не превышает 160–200 А. Для достижения такой силы тока напряжение на выходе сварочного аппарата снижают до 48–90 В (напряжение холостого хода U хх), этого достаточно для зажигания дуги и безопасно для жизни сварщика. Напряжение снижают с помощью понижающего трансформатора, являющегося неотъемлемой частью сварочного аппарата. Чем больше сила тока при достаточном ихх, тем больше может быть диаметр электрода, а чем больше диаметр электрода, тем массивнее могут быть свариваемые детали. Ниже будут приведены примерные соотношения между толщиной свариваемого металла, диаметром электродов и силой сварочного тока.

Чтобы обеспечить нужную силу тока, сердечник трансформатора делают массивным, а провод вторичной обмотки – толстым (с площадью сечения более 10 мм²). Силу тока при сварке разных материалов приходится подбирать экспериментально, поэтому должно быть предусмотрено устройство для изменения силы тока, а для исключения перегрева в аппарат встраивают один или несколько вентиляторов. Все это увеличивает вес бытового сварочного аппарата, поэтому производителям приходится придумывать способы его снижения.

Самый простой способ – ограничение времени работы трансформатора. Специальный показатель ПН – продолжительность нагрузки, измеряется в процентах по отношению к циклу сварки. Например, при ПН = 60 % процесс осуществляется следующим образом: 3 минуты – сварка, 2 минуты – остывание трансформатора, затем цикл сварки повторяется, а при ПН = 20 % – 1 минута – сварка, а 4 минуты – остывание трансформатора. Этот показатель должен быть приведен в паспорте на любой сварочный аппарат, причем при максимальной силе сварочного тока для каждого аппарата ПН = 20–60 %, а при наименьшей силе тока ПН = 100 % и обеспечивает непрерывную сварку.

Стремясь уменьшить время простоя трансформатора, нельзя забывать, что прерывание процесса иногда просто необходимо. Во-первых, для периодической установки в электродержатель нового электрода вместо использованного, а во-вторых, после 3–5 минут непрерывной сварки обычно возникает необходимость подготовки деталей для дальнейшей работы. При продолжительной же сварке, например, изгороди из сетки «рабица» с уголковым каркасом, эти перерывы мешают. Чтобы мастер не увлекся сваркой и не сжег трансформатор, многие аппараты оснащены устройством термозащиты для автоматического отключения от электросети в случае перегрева.

Гораздо проще осуществляется РДС на постоянном токе, поскольку в этом случае на дугу меньше влияет частота напряжения сети. Для преобразования тока из переменного в постоянный после трансформатора устанавливается полупроводниковый выпрямитель, к которому добавлены элементы для сглаживания пульсаций выпрямленного тока. Все это значительно увеличивает вес и снижает надежность аппарата. Но есть и свои преимущества: в сварном шве присутствует больше «родного» металла деталей, чем присадочного металла электродов, в результате чего уменьшается количество окалины и, как следствие, обеспечивается более качественное соединение по сравнению с РДС на переменном токе. Сокращается также стоимость работ и расход электродов. Такой аппарат называют сварочным выпрямителем. Им проще работать, но стоит он дороже сварочного трансформатора в 1,5–4 раза.

Все более широкое распространение находят инверторные сварочные выпрямители (инверторы), в которых перед усилением сначала повышают частоту переменного тока до 10–90 кГц. Вес и размеры высокочастотных трансформаторов существенно меньше, чем у их 50-герцевых собратьев. Эта особенность позволяет значительно уменьшить габариты всего инверторного аппарата по сравнению с обычными сварочными трансформаторами и выпрямителями. Ток после инвертора практически постоянный и не зависит от колебаний длины дуги и напряжения, поэтому его силу можно регулировать плавно и подбирать довольно точно. Дугу также можно подбирать от самой «мягкой», которая легко «тянется», до «грубой», которую обычно используют при резке металла. Это позволяет даже непрофессионалу легко освоить сварку, в том числе «капризных» алюминиевых и медных сплавов, или высоколегированной, например нержавеющей, стали.

Существуют инверторы небольшого размера и весом до 10 кг, их можно носить на ремне через плечо и подключать в общую электрическую сеть через предохранитель на 16 А, конечно, с обязательным заземлением корпуса. Но стоимость их самая высокая: в 4–9 раз выше, чем сварочных трансформаторов. На рынке можно найти все перечисленные виды сварочных аппаратов для РДС: французской фирмы SAF, финской KEMPPI, австрийской FRONIUS, итальянских CEBORA, TELWIN, DECA, шведской ESAB, американской MILLER.

Экономичность работы аппарата характеризуют коэффициентом полезного действия (КПД) в процентах (чем он ближе к 100 %, тем дешевле обходится сварка), и коэффициентом мощности (cos ф) (он должен быть как можно ближе к единице). Следует отметить, что КПД и cos ф характеризуют тщательность проработки конструкции сварочного аппарата, поэтому не все фирмы приводят эти значения в паспорте на аппарат.

Для регулирования силы сварочного тока используют устройства с органами управления и со шкалой на панели аппарата, проградуированной либо в амперах, либо в номерах диапазонов (1, 2, 3, …), либо в диаметрах электрода. В наиболее простых моделях силу тока можно менять переключателем только ступенчато, а в более сложных – плавно, с помощью поворачивающейся рукоятки.

Ряд моделей имеют устройства плавноступенчатого регулирования силы тока: сначала устанавливают соответствующий диапазон изменения силы тока переключателем, а затем более точно подбирают нужную его величину в пределах этого диапазона поворачивающейся рукояткой. Такие устройства увеличивают стоимость сварочного аппарата на 15–20 %. Иногда на панели устанавливают амперметр для фиксации точной величины сварочного тока.

Ресурс работы бытовых сварочных аппаратов рассчитан на 250–350 часов работы, после чего обычно необходим профилактический ремонт (перемотка или замена сгоревшего трансформатора, замена выключателя или регулятора сварочного тока и т. д.). Промышленные переносные аппараты (Transpocket 1400, Master 1500, Caddy 130) прослужат без ремонта намного дольше, но они существенно дороже бытовых.