Текст книги "Сварочные работы. Электродуговая. Газовая. Холодная. Термитная. Контактная сварка"

Провод обмотки СТ может состоять и из отдельных кусков, если целый провод достать не удалось. В этом случае он наматывается частями, а концы соединяются между собой. Для этого залуженные кончики соединяют внахлест (не скручивая) и скрепляют несколькими витками тонкой медной жилы без изоляции, потом окончательно пропаивают и изолируют. Такое соединение не дает трещин в проводе и не занимает большого объема.

Еще лучше сварить провода угольным электродом, для чего понадобится уже работающий сварочный трансформатор. В держатель последнего вставляют графитовый стержень (от вышедшей из строя батарейки). Другой провод СТ подключают к основанию скрутки. Если коснуться графитовым стержнем верхушки скрутки, образуется электрическая дуга и концы проводов расплавляются. Сварка считается качественной, если на кончике скрутки образуется шарик из расплавленного металла, охватывающий все проводки. Скрутки изолируют, а затем киперной лентой приматывают к сердечнику.

На первичную обмотку уходит около 70–80 м провода, каждый виток которого придется протягивать через оба окна составного магнитопровода. При этом никак не обойтись без челнока, на который намотан провод. На конец провода надевают кембрик, который притягивают изолентой к началу первого слоя. Поверхность магнитопровода имеет закругленную форму, поэтому первые слои будут содержать меньше витков, чем последующие, – для выравнивания поверхности (рис. 49, в). Провод ложится виток к витку, ни в коем случае не допуская захлестывания провода на провод. Слои провода обязательно изолируют друг от друга. Дело в том, что при работе трансформатор вибрирует. Если провода в лаковой изоляции лежат друг на друге без промежуточной изоляции, то в результате вибрации и трения друг о друга слой лака может разрушиться и произойдет замыкание. К тому же для экономии пространства обмотку следует класть как можно компактнее. На магнитопроводе из некрупных колец межслоевую изоляцию следует использовать потоньше. Для этих целей хорошо подходят небольшие катушки скотча, которые без труда проходят в заполненные окна, а сам скотч не занимает лишнего объема.

Теперь нужно определить количество витков вторичной обмотки. Для начала включите уже готовую первичную обмотку в сеть. Ток холостого хода у исправного трансформатора в этом варианте небольшой – всего 70—150 мА, а гул еле слышен. Теперь наматываем на одно из боковых плеч 10 витков любого провода и измеряем выходное напряжение на них. На каждое из боковых плеч приходится по половине магнитного потока, создаваемого на центральном плече, поэтому здесь на каждый виток вторичной обмотки приходится 0,6–0,7 В. Исходя из полученного результата, рассчитывают количество витков вторичной обмотки, ориентируясь на ее напряжение 50 В. Должно получиться примерно 75–80 витков.

Выбор материала вторичной обмотки ограничен оставшимся пространством окон магнитопровода. В него придется протягивать каждый виток толстого провода по всей длине. Хуже всего придется во время намотки последних витков – для них останется очень узкое окно. Легче мотать вторичную обмотку алюминиевым проводом сечением 16–20 мм². Проще же всего намотать ее обычным многожильным проводом 16 мм² в синтетической изоляции: он мягкий, гибкий, хорошо изолирован, при работе будет лишь слегка греться. Можно изготовить вторичную обмотку и из нескольких жил медного провода (канатиком), как это было описано выше.

Половину витков вторичной обмотки мотают на одно плечо, половину – на другое. Если не окажется цельного провода достаточной длины, можно вести обмотку из кусков. Намотав провод на оба плеча, нужно измерить напряжение на каждой из обмоток. Оно может отличаться на 2–3 В из-за возможных небольших различий магнитопроводов разных ЛАТРов. Это особо не влияет на свойства дуги при сварке. Потом обмотки на плечах последовательно соединяются (следите, чтобы они не оказались в противофазе, иначе на выходе получится напряжение, близкое к 0). При напряжении сети 220–230 В «ушастик» должен развивать в дуговом режиме ток 100–130 А. Ток при коротком замыкании вторичной цепи – до 180 А.

Может оказаться, что в окна не удалось вместить все рассчитанные витки вторичной обмотки и выходное напряжение оказалось ниже желаемого. Рабочий ток уменьшится от этого несильно. В большей степени понижение напряжения холостого хода влияет на процесс зажигания дуги. Дуга зажигается легко при напряжениях, близких к 50 В и выше, хотя и при напряжении около 40 В работает большинство электродов.

Рис. 49. Сварочный «ушастик»:

а – расположение сердечников и обмоток; б – электрическая схема; в – намотка первичной обмотки (1 – магнитопровод; 2 – провод; 3 – межслоевая изоляция)

Тороидальный трансформатор из ЛАТРов

Из двух колец от ЛАТРов можно изготовить СТ и по другой – тороидальной – схеме. Кольца складывают одно на другое и изолируют – получается одно кольцо-магнитопровод со значительной площадью сечения (рис. 50).

Рис. 50. Магнитопровод со значительной площадью сечения

Первичная обмотка содержит столько же витков, сколько и в предыдущей схеме, но мотают ее по всей длине кольца и, как правило, укладывают в два слоя. Проблема дефицита внутреннего пространства окна магнитопровода такой схемы трансформатора стоит еще более остро, чем для предыдущей конструкции. Поэтому изолировать здесь нужно как можно более тонкими слоями и материалами. Нельзя здесь применять и толстые обмоточные провода.

Выгодное отличие тороидальной схемы – более высокий КПД. На каждый виток вторичной обмотки теперь будет приходиться более одного вольта напряжения, следовательно, в ней будет меньше витков, а выходная мощность получится выше, чем в предыдущей схеме. Однако длина витка на тороиде будет больше, и сэкономить на проводе вряд ли удастся. К недостаткам данной схемы следует отнести: сложность намотки, ограниченный объем окна, невозможность использования провода большого сечения, а также высокую интенсивность нагрева. Если в предыдущем варианте все обмотки располагались раздельно и имели преимущественно прямой контакт с воздухом, то теперь первичная обмотка находится полностью под вторичной и их нагрев взаимно усиливается.

Применить для вторичной обмотки жесткие провода здесь сложно. Ее легче намотать мягким многожильным или изготовленным из нескольких жил проводом. Если правильно подобрать все провода и аккуратно их уложить, то в пространство окна магнитопровода вместится необходимое количество витков вторичной обмотки и на выходе получится нужное напряжение. Характеристика горения дуги у такого СТ весьма неплоха. А для охлаждения имеет смысл оснастить конструкцию вентилятором.

Иногда из нескольких колец ЛАТРов делают составной магнитопровод другим путем: не ставят их друг на друга торцами, а перематывают железные полосы ленты с одного на другой, о чем упоминалось выше (см. рис. 48, в). Для этого сначала из одного кольца выбирают внутренние витки полос – чтобы расширить окно. Кольца других ЛАТРов распускаются полностью на полосы ленты, которые потом как можно плотнее наматываются на наружный диаметр первого кольца. После этого собранный единый магнитопровод очень плотно обматывается изолирующей лентой (предварительно обрабатываются его острые кромки, как описывалось выше). Таким образом, получается кольцо-магнитопровод с более объемным внутренним пространством, чем у всех предыдущих. В него можно будет вместить провод значительного сечения, и сделать это будет гораздо проще. Необходимое количество витков рассчитывают по площади сечения собранного кольца. К недостаткам этой конструкции следует отнести высокую трудоемкость работы. Тем более что как ни старайся, а вручную намотать железные полосы друг на друга так же плотно, как раньше, все равно не удастся. В результате в режиме сварки магнитопровод будет сильно вибрировать, издавая мощный гул.

Изготовление самодельного тороидального магнитопровода

Если ни одна из вышеописанных конструкций не способна обеспечить нужные вам мощность и продолжительность работы, попробуйте сами изготовить тороидальный магнитопровод с заданными габаритами, окном для обмоток и площадью сечения. Изготавливают магнитопроводы из различных прямоугольных листов трансформаторной стали при отношении ширины листа к длине приблизительно 1:4–1:10 и толщине листа 0,1–0,7 мм. Такие листы остаются после разборки очень мощных силовых трансформаторов. Кроме того, понадобятся медицинский жгут, эпоксидный клей и две цилиндрические гладкие оправки с соотношением диаметров 3:1. При этом диаметр большого цилиндра должен соответствовать диаметру окна магнитопровода. Ориентировочно такими оправками могут быть 2– или 3-литровые стеклянные банки и пол-литровая стеклянная бутылка, но лучше, конечно, использовать небьющиеся предметы с гладкой и ровной поверхностью.

Вначале жгут примеряют по диаметру большого цилиндра, обрезают и сшивают его концы. Полученное эластичное кольцо должно надеваться на большой цилиндр внатяжку.

Пластины по очереди обжимают вокруг меньшего цилиндра, придавая им цилиндрическую форму (рис. 51, а). Фиксировать пластины не надо. Важно, чтобы они оказались ровно изогнутыми. Затем отформованные на малом цилиндре пластины укладывают между большим цилиндром и жгутом, предварительно надев подготовленный жгут на большой цилиндр. Пластины укладывают по ходу часовой стрелки плотно одна за другой (рис. 51, б).

После укладки 5–7 пластин большой цилиндр берут за торцы и, прижимая жгут к жесткой поверхности (столу), укатывают уложенные пластины (рис. 51, в). При этом вращают сам цилиндр внутри пластин. Этот этап заканчивают после того, как пластины оказываются плотно подогнанными друг к другу. Следует сразу же выравнивать их торцы по высоте, чтобы срез тора получался ровным. Затем вкладывают следующие 5–7 пластин и процесс их укатки повторяют.

Рис. 51. Изготовление тороидального магнитопровода:

а – обжим пластин; б – укладка пластин; в – укатка пластин; г – покрытие пластин клеем и сушка; 1 – меньшая оправка; 2 – полоса трансформаторной стали; 3 – большая оправка; 4 – эластичный бинт (кольцо); 5 – собранный магнитопровод; 6 – слой эпоксидного клея; 7 – зазор между листами стали

В ходе укладки пластин могут образоваться небольшие щели при несостыковке концов пластин. Существенного влияния на работу трансформатора этот дефект не оказывает, но необходимо стараться, чтобы таких щелей было поменьше.

Укладка и подгонка друг к другу пластин продолжается до тех пор, пока сечение образовавшегося тора не будет соответствовать расчетному. После этого обе торцевые стороны смотанных в тор пластин покрывают эпоксидным клеем и оставляют сохнуть (рис. 51, г). После отвердения клея оправку извлекают из тора и снимают жгут. При этом возможно отделение нескольких крайних пластин. В этом случае их лучше удалить, а не пытаться приклеить на место. Поэтому имеет смысл заложить в расчет несколько лишних пластин, образующих сердечник. Если они и не отклеятся, их вес слишком мал в сравнении с весом всей конструкции, чтобы причинить неудобства.

После того как сердечник просох, его необходимо изолировать. Для изоляции можно использовать электрокартон толщиной 0,5–1 мм. Торцевые части сердечника изолируем с помощью картонных кругов, которые на 10–15 мм перекрывают внешний и внутренний размеры сердечника. Наружная и внутренняя поверхность сердечника изолируется при помощи картонных полос. Накладываем картонные полосы и круги на сердечник, а затем закрепляем их, обмотав сердечник киперной лентой или полосой хлопчатобумажной ткани. Полученную конструкцию покрываем лаком. После высыхания лака на магнитопровод можно укладывать обмотки.

Использовать по два кольца в вышеописанных конструкциях приходится не столько из-за необходимости наращивания площади сечения магнитопровода, сколько для уменьшения количества витков, иначе они просто не вместились бы в узкие окна. Было бы достаточно площади сечения и одного крупного кольца: он имел бы даже лучшие характеристики по плотности магнитного потока. Изобретательская мысль нашла весьма оригинальное решение этой задачи.

Многие самодельные СТ намотаны на материале магнитопровода от вышедшего из строя крупного асинхронного трехфазного электродвигателя. Такой тип двигателей наиболее распространен в промышленности и в оборудовании, а поскольку перегоревшие обмотки в них перематывают редко, то найти подобное железо не очень сложно. Для изготовления сварочного трансформатора подходят двигатели мощностью, близкой к 4 кВт и более.

Конструкция асинхронного электродвигателя достаточно проста – состоит он из вращающегося на валу ротора и неподвижного статора, впрессованного в металлический корпус мотора. Соединяется всё это двумя боковыми крышками, стянутыми между собой шпильками. Разобрать его очень просто, достаточно открутить гайки на шпильках крышек. Крышки снимаем, ротор вытаскиваем и оставляем только статор, который и представляет для нас интерес (рис. 52, а).

Статор состоит из магнитопровода круглой формы, запрессованного в чугунный или алюминиевый корпус двигателя, и обмоток двигателя, плотно уложенных в продольные пазы изнутри магнитопровода. Провода необходимо полностью удалить, и делать это лучше, пока статор еще запрессован в корпусе.

Иногда удается извлечь обмотку, не повредив изоляцию проводов. Это особенно ценно, если у проводов изоляция из стеклоткани, ведь тогда они подойдут для первичной обмотки трансформатора. А вначале нужно с помощью планки из древесины твердых пород или текстолитовой пластины молотком выбить клинья, удерживающие обмотку в пазах.

Если же извлечь обмотку целой не удается, с одной стороны статора все выводы обмоток бывшего двигателя обрубают под торец острым зубилом. Можно спилить выступающие части обмоток ножовкой по металлу. С противоположной стороны провод обрезать не следует – там обмотки образуют петли, за которые можно будет вытянуть оставшиеся провода. Монтировку или мощную отвертку просовывают в изгибы петель и вытаскивают провода. Торец корпуса двигателя при этом служит упором для рычага, образованного инструментом.

Провода выходят легче, если их сначала обжечь. Обжигать можно паяльной лампой, направляя струю пламени строго вдоль паза. Но надо следить, чтобы не перегреть железо статора, иначе оно потеряет свои электротехнические качества. Металлический корпус потом легко разрушить: несколько хороших ударов молотком – и он расколется. Главное – не перестараться и не повредить статор.

При удалении корпуса сразу надо обратить внимание на способ крепления набора пластин магнитопровода. Пластины могут быть скреплены между собой в единый пакет, а могут быть просто уложены в корпус и зажаты с торца стопорной шайбой. В последнем случае при удалении обмоток и разрушении корпуса магнитопровод рассыплется на пластинки. Чтобы этого не произошло, еще до полного разрушения корпуса пакет пластин необходимо скрепить воедино. Их можно стянуть шпильками сквозь пазы или потом проварить продольными швами, но только с одной – внешней – стороны. Сварка менее желательна, так как увеличатся паразитные токи Фуко.

Слишком большой по площади набор пакета магнитопровода, что характерно для особенно крупных двигателей, нежелателен, так как он весит избыточно много. Все лишнее железо нужно отделить перед окончательной сборкой магнитопровода. Возможно, его хватит даже на два трансформатора. Для этого отгибают пластины, стягивающие сердечник (обычно они находятся на его наружной поверхности), снимают часть сердечника, а оставшуюся часть вновь крепят с помощью пластин, предварительно сжав сердечник тисками.

После того как кольцо магнитопровода двигателя надежно скреплено и отделено от обмоток и корпуса, его плотно изолируют. Особое внимание уделяют острым углам на краях пазов. Лучше сначала положить на торцы магнитопровода вырезанные из жесткого диэлектрического материала кольца, чтобы закрыть пазы и перекрыть их острые углы.

Кольцо статора имеет внушительные размеры. Например, внутренний диаметр порядка 150 мм позволяет уложить провод значительного сечения, не беспокоясь о запасе места. Площадь поперечного сечения такого магнитопровода периодически меняется по длине кольца из-за пазов, внутри паза ее значение намного меньше. Именно на это эффективное меньшее значение и следует ориентироваться при расчете количества витков первичной обмотки (рис. 52, а).

Конечно, пазы с внутренней стороны магнитопровода создают определенные неудобства, и многие разработчики рекомендуют полностью вырубить Т-образные выступы пазов. Для этого берут остро заточенное зубило или крейцмейсель и ставят так, чтобы боковая грань его острия скользила по боковой поверхности сердечника (рис. 52, б). Ширину зубила подбирают несколько больше ширины основания зубца, но при работе оно не должно касаться соседних зубцов. Тогда зубило скользит по поверхности пазов, образуя чистую поверхность. Неровности подправляют абразивным кругом.

Срубание зубцов, безусловно, улучшит форму магнитопровода и, что еще более важно, уменьшит его вес. Однако такая работа довольно сложна. Удалять же зубцы газовой или электродуговой резкой не рекомендуется, так как нагрев нарушит структуру металлических листов и ухудшит характеристики собираемого трансформатора. Кроме того, это может привести к деформации сердечника. В то же время на сварочные свойства трансформатора пазы, в общем-то, влияют мало: сварочные характеристики остаются хорошими. Поэтому большинство самодельщиков пазы не трогает.

Иногда встречаются рекомендации набить пазы обмоток трансформаторным железом, якобы для увеличения площади магнитопровода. Делать это ни в коем случае нельзя, иначе свойства трансформатора резко ухудшатся, он начнет потреблять непомерный ток, а его магнитопровод будет сильно греться даже в режиме холостого хода.

В качестве примера рассмотрим параметры СТ, изготовленного из статора трехфазного асинхронного электродвигателя мощностью 4,18 кВт с внутренним диаметром кольца магнитопровода 150 мм, внешним – 240 мм и высотой 122 мм. Эффективная площадь сечения магнитопровода в этом случае равна 29 см². Первичная обмотка имеет 315 витков медного провода ∅2,2 мм, вторичная рассчитана на напряжение 56 В и выполнена из нескольких проводов ПЭВ общим сечением 22 мм². Можно использовать и алюминиевые провода с поперечным сечением в 1,65 раза больше, чем медных. Первичная обмотка намотана в два с половиной слоя с изолированием каждого слоя хлопчатобумажной лентой или стеклотканью, вторичная уложена на 3/4 длины кольца. При намотке вторичной обмотки ее желательно укладывать так, чтобы она не перекрывала последнюю часть первичной, тогда первичную обмотку можно будет домотать или отмотать при окончательной настройке (рис. 52, в). Чтобы регулировать силу сварочного тока, во вторичной обмотке необходимо предусмотреть дополнительные отводы с напряжением 50, 44, 38 и 32 В. Методика намотки такого трансформатора ничем не отличается от вышеописанной методики намотки провода на магнитопровод из ЛАТРа, разве что большой диаметр окна позволяет работать гораздо спокойнее.

Такой трансформатор можно намотать и с разнесенными на разные плечи обмотками (рис. 52, г). В этом случае можно всегда иметь доступ к каждой из них.

Трансформатор в дуговом режиме развивает ток порядка 180 А при напряжении питания 230 В. Заметным недостатком трансформатора можно считать разве что его немалый вес – до 40 кг в корпусе.

Корпус же можно сделать тем же методом, что и для трансформатора из ЛАТРа, – из двух фанерных щитов. Не помешает и принудительное охлаждение СТ, особенно если планируется длительная работа. Но благодаря тому, что окно магнитопровода в данном случае больше и обмотки намотаны не настолько плотно, вертикальное расположение конструкции не обязательно. К нижнему щиту прикручиваются деревянные ножки, обеспечивающие зазор, достаточный для подсоса воздуха, а вентилятор, работающий на выдувание, закрепляют на верхнем щите.

Рис. 52. Использование статора электродвигателя в качестве магнитопровода:

а – извлеченный из корпуса статор без обмоток; б – срубание гребней пазов; в – частично перекрывающиеся обмотки; г – разнесенные обмотки; д – сборочный чертеж СТ; 1 – нижний щит; 2 – вторичная обмотка; 3 – верхний щит; 4 – болт стяжки; 5 – вентилятор; 6 – магнитопровод; 7 – первичная обмотка; 8 – узлы крепления выпрямителя; 9 – ножки. Стрелками указано направление потоков воздуха