Сварка из электромотора своими руками

Мощность автотрансформатора

Мощность любого электроаппарата равна произведению тока на напряжение Р=I*A. В обычном трансформаторе она равна мощности нагрузки с учетом КПД.

Мощность автотрансформатора рассчитывается немного иначе. В повышающем напряжение аппарате она складывается из мощности первичной обмотки части Р¹²=I¹²*U¹² и мощности повышающей обмотки Р²=I²*U⅔. В связи с тем, что ток, протекающий через первичную катушку меньше, чем ток нагрузки, то мощность автотрансформатора меньше мощности нагрузки. Фактически, мощность аппарата определяется разностью первичного и вторичного напряжений и током вторичной обмотки P=(U¹-U²)*I².

Особенно это заметно при небольших (10-20%) отклонениях выходного напряжения. Аналогичным образом рассчитывается понижающий автотрансформатор.

Схема электронного прибора

Купить надежный ЛАТР при имеющемся ассортименте — задача не из легких. Слишком много низкокачественных изделий представлено на рынке. Как вариант, можно приобрести промышленный образец, но цены на него довольно высокие, да и габариты немаленькие. В этом случае более приемлемым вариантом будет создать автотрансформатор своими руками.

Необходимые для сборки материалы

Материалы, которые обязательно понадобятся для сборки самодельного электронного ЛАТРа на полевом транзисторе, следующие:

медная проволока (обмотка);
лак, обладающий термоустойчивостью;
тряпичная изолента;
магнитопровод (подойдет как стержневой, так и тороидальный тип);
корпус с закрепленными разъемами, к которому будет подключаться питание и нагрузка.

Расчёт обмотки ЛАТРа

Для начала необходимо определиться, в каких пределах на тиристорах будет работать ЛАТР. Оптимальное значение питания сети — 220 В. Значения вторичных напряжений — соответственно, 127, 180 и 250 В. Мощность при таких параметрах не должна превышать 300 Вт. Но можно определить эти значения и самостоятельно, главное, чтобы всё друг другу соответствовало. Теперь нужно рассчитать обмотку. Рассчитывать её надо по большему току. Наибольшее значение тока можно получить, преобразовывая напряжение 200 В в 127 В. Автотрансформатор при таких условиях становится понижающим. Максимальный ток, который проходит в обмотке обеих сетей, рассчитывается следующим образом:

I = I2 — I1 = P / U2 — P / U1 (I, I2, I3 — токи в соответствующих участках цепи, A, P — мощность, Вт, U1, U2 — напряжения первичной и вторичной цепи, В).

Диаметр провода d рассчитывается по формуле:

d = 0,8 * √I

Существует специальная таблица, согласно которой определяется тип и сечение провода. Выбираются они с учётом расчётного тока и среднего значения плотности тока для ЛАТРа, равному 2 A/мм².

Формула для вычисления коэффициента трансформации n:

n = U1 / U2

Формула для вычисления расчётной мощности Pp:

Pp = P * k * (1 — 1/n) (k — коэффициент, учитывающий КПД автотрансформатора)

Дальше необходимо определить количество витков, приходящихся на 1 вольт. Для этого, во-первых, рассчитывается площадь поперечного сердечника S, а во-вторых, определяется тип магнитопровода:

S = √ Pp

W0 = m / S (W0 — количество витков, приходящихся на 1 вольт, m = 50 для стержневого и 35 для тороидального магнитопроводов).

При недостаточно высоком качестве стали значение W0 увеличивается на 20−30%. При расчёте витков оно увеличивается на 5−10%. Таким образом можно будет успешно избежать просадки напряжения. Для расчёта длины провода наматывается один виток на магнитопровод и измеряется его длина. Полученное значение умножается на максимальное количество витков и прибавляется по 25−30 сантиметров для каждого вывода к клемме.

Сварочные аппараты: классификация

Любые аппараты для сварки бывают электрическими или же газовыми. Стоит сразу сказать, что самодельные сварочные аппараты не должны быть газовыми. Поскольку они включают в себя взрывоопасные баллоны с газом, держать такую установку дома не стоит. Поэтому в контексте самостоятельной сборки конструкций речь пойдет исключительно об электрических вариантах. Такие агрегаты также подразделяются на разновидности:

Установки-генераторы — оснащены собственным генератором тока. Отличительная черта — большой вес и габариты. Для домашних нужд такой вариант не подойдет, да и собрать самостоятельно его будет сложно.
Трансформаторы — такие установки, в особенности полуавтоматического типа, очень распространены среди тех, кто делает сварочное оборудование самостоятельно. Питаются от сети в 220 или 380 В.
Инверторы — такие установки просты в применении и идеально подходят для дома, конструкция компактная и мало весит, но электронная схема достаточно сложна.
Выпрямители — эти аппараты просто собирать и применять по назначению. С их помощью даже новичок может выполнять качественные сварные швы.

Как сделать сварочный аппарат инверторного типа

Чтобы в домашних условиях собрать инвертор, потребуется схема, которая позволит соблюсти нужные параметры. Рекомендуется брать детали от старых советских приборов:

транзисторов;
диодов;
дросселей;
готовых трансформаторов;
конденсаторов;
резисторов;
тиристоров.

Параметры для аппарата можно выбирать такие:

Он должен работать с электродами, диаметр которых не превышает 5 мм.
Максимальный показатель рабочего тока равен 250 А.
Источник напряжения — сеть бытовая на 220 В.
Регулировка сварочного тока варьируется от 30 до 220 А.

Инструмент включает такие компоненты:

блок питания;
выпрямитель;
инвертор.

Начинаем с намотки трансформатора и действуем в такой последовательности:

Возьмите ферритовый сердечник.
Выполните первую обмотку (100 витков посредством провода ПЭВ 0,3 мм).
Вторая обмотка — 15 витков, проводом с сечением 1 мм).
Третья обмотка — 15 витков проводом ПЭВ 0,2 мм.
Четвертая и пятая — соответственно по 20 витков проводами с сечением 0, 35 мм.
Чтобы охладить трансформатор, возьмите вентилятор от компьютера.

Чтобы транзисторные ключи работали непрерывно, напряжение следует на них подавать после выпрямителя и конденсаторов. Блок выпрямителя соберите по схеме на плате, а все узлы прибора закрепите в корпусе. Можно использовать старый корпус от радиоустройства, а можно его сделать и самостоятельно.

С лицевой части корпуса устанавливается светодиодный индикатор, который показывает, что прибор включен в сеть. Здесь же можно поставить дополнительный выключатель, а также защитный предохранитель. Еще его можно установить на заднюю стенку и даже в сам корпус.

Все зависит от его размеров и конструктивных особенностей. Переменное сопротивление устанавливается на лицевой части корпуса, с его помощью можно регулировать рабочий ток. Когда вы собрали все электрические схемы, проверьте аппарат специальным прибором или тестером и можете провести его испытание.

Пролог

Первый раз я построил подобный сварочный аппарат ещё в детстве, после того как побывал на съёмках художественного фильма, где для освещения использовались электродуговые прожекторы.

К счастью, у нас дома имелся автотрансформатор Ватт на двести, который использовался для корректировки напряжения питания лампового телевизора.

Схема этого автотрансформатора выглядела примерно так. Переключение выходного напряжения осуществлялось перестановкой вилки телевизора в нескольких гнёздах.

Так вот, я подключал графитовые электроды между выводами, на которых присутствовало напряжение около 40-ка Вольт. В качестве светофильтра использовал кусок засвеченной и проявленной фотоплёнки. Правда, по неопытности, тогда всё равно нахватал «зайчиков».

Нужно заметить, что автотрансформатор не обеспечивает гальваническую развязку с электросетью, поэтому использовать его рекомендуется только, если вы хорошо знакомы с основами электробезопасности.

С тех пор прошло много лет, но я успешно использовал тот первый опыт при решении самых разнообразных задач, начиная от сварки проводов и кончая закаливанием рабочих частей инструмента.

Область применения

Особенности автотрансформатора позволяют применять его в быту и разных областях промышленности.

Металлургическое производство

Регулируемые автотрансформаторы в металлургии применяются для проверки и настройки защитной аппаратуры прокатных станов и трансформаторных подстанций.

Коммунальное хозяйство

До появления автоматических стабилизаторов эти аппараты применялись для обеспечения нормальной работы телевизоров и другой аппаратуры. Они представляли из себя обмотку с большим числом отводов и переключателем. Он переключал вывода катушки, а выходное напряжение контролировалось при помощи вольтметра.

В настоящее время автотрансформаторы используются в релейных стабилизаторах напряжения.

Справка! В трехфазных стабилизаторах установлены три однофазных автотрансформатора, и регулировка производится в каждой фазе по-отдельности.

Химическая и нефтяная промышленность

В химической и нефтяной промышленности эти аппараты применяются для стабилизации и регулировки химических реакций.

Производство техники

В машиностроении такие аппараты используются для пуска электродвигателей станков и управления скоростью вращения дополнительных приводов.

Учебные заведения

В школах, техникумах и институтах ЛАТРы применяются при выполнении лабораторных работ и демонстрации законов электротехники, и опытах по электролизу.

Перемотка ЛАТР

Схема трансформатора с ЛАТРом для уравнивания фазовых напряжения.

Для замены обмоток поступают следующим способом:

Снимают кожух (если он есть).
Удаляют арматуру из немагнитного материала (пластмасса, алюминий) вместе с механической частью.
Избавляются от старых или сгоревших обмоток:

если обмотки не повреждены, то вторичную просто сматывают на специальный челнок для использования в других разработках и конструкциях. Челнок размером 4-5х10-20 см можно вырезать из фанеры;
если обмотки сгорели, то провод удаляют любым методом: срезают, обрывают.

Производят электроизоляцию сердечника от будущей обмотки, обмотав железо лакотканью в два слоя или сделав накладки из специального электрокартона.
Наматывают новые обмотки, изолировав их друг от друга;.
Производят сборку.

На аппараты, выполненные на основе трансформатора ЛАТР, наматывают всего две обмотки.

Если трансформатор сгорел полностью, приходится мотать обе обмотки.

Первичную выполняют 1,2-миллиметровым проводом типа ПЭВ-2. Ориентировочная длина этого куска — 170 м. Для намотки пользуются челноком. Провод наматывают на него полностью.

Схема автотрансформатора с регулированием напряжения.

А затем, закрепив конец, начинают выполнять поступательные движения рукой внутрь тороида, обматывая проводом изолированный сердечник. Намотка производится виток к витку. После намотки первичную обмотку покрывают изоляцией (той же лакотканью).

Для более надежной изоляции и эффективного охлаждения аппарата можно применить метод воздушного зазора между обмотками. В этом случае первичную обмотку можно не изолировать сверху — хватит и ее собственного покрытия.

Метод таков:

изготавливаются два кольца из толстого (3-5 мм) текстолита с внешним калибром на 3-5 мм (с каждой стороны) больше диаметра сердечника с намотанной «первичкой»;
c краев снимается фаска (они скругляются) во избежание порчи изоляции;
кольца закрепляются сверху и снизу сердечника двусторонним скотчем;
наматывается вторичная обмотка.

Вторичную — 45 витков — выполняют несколькими проводами, скрученными вместе, или шиной, которые должны быть в стекловидной или ХБ-изоляции. Сечение рассчитывается в зависимости от необходимого сварочного тока и составляет 5-7 А на 1 кв.мм. На ток 170 А вам понадобится шина или скрутка сечением 35 мм или больше. Обмотку вторичную (для охлаждения) распределяют по тороиду с зазором, стараясь распределять ее равномерно.

Устройство автотрансформатора.

Если у вас имеется рабочий автотрансформатор или вы приобрели новый, то работа сводится только к перемотке одной (вторичной) обмотки, так как первичная уже намотана проводом необходимого сечения и длины.

Он перебирается в такой последовательности:

вначале отвинчивают металлический или пластмассовый кожух (если он есть);
снимают ползунок с графитовым токосъемником;
удаляют арматуру из немагнитного материала (пластмасса, алюминий);
определяют (прозванивают тестером) и маркируют все сетевые выводы;
остальные провода обматывают изоляцией или надевают на них ПВХ-трубки и укладывают на боковой части ЛАТР перпендикулярно обмоткам;
далее монтируется вторичная обмотка; витки, диаметр и марка проводов из меди аналогична варианту, описанному выше (полностью сгоревшему).

Сварочные аппараты, точнее, их трансформаторы, рекомендуется монтировать вдвоем. Первый человек протягивает провод и укладывает его, стараясь не испортить изоляцию и соблюсти дистанцию между витками. Второй придерживает конец провода, не позволяя ему скручиваться.

Сварочные аппараты с таким трансформатором работают на токах 55-180 А.

Рассчитаем количество витков для первичной и вторичной обмотки в варианте с регулированием ступенями по первичной обмотке.

Например, нам нужен трансформатор с регулированием сварочного тока 16 ступенями например используемого в этой схеме сварочного полуавтомата.

Выбираем номинальное напряжение вторичной обмотки.

Uномин = Uмакс — Uмакс*10/100

Где:
Uномин - напряжение номинальной обмотки (на это напряжение будем рассчитывать вторичку).
Uмакс - максимальное напряжение вторички для конкретного типа расчета.

Рассчитываем, Uмакс = 35 вольт

Uномин = 35 — 35*10/100 = 32 вольт.

Рассчитаем количество витков для вторичной обмотки номинальным напряжением 32 вольт, тип сердечника ОЛ (тор).

K = 35/S

К = 35/45 = 0.77 витка на 1 вольт.

W2 =U2*K = 32*0.77 = 25 витков

Теперь рассчитаем ступени первичной обмотки.

W1_ст = (220*W2)/Uст2

<strong>Где:
Uст2 - нужное выходное напряжение на вторичной обмотке.
W2 - количество витков вторички.
W1_ст - количество витков первичной обмотки.</strong>

Как мы рассчитали ранее количество витков обмотки W2 = 25 витков.

Рассчитаем количество витков первички для напряжения на вторичке равное 35 вольт.
W1_ст1 = (220*25)/35 = 157 витков.. Форсированный режим
Далее рассчитываем на 34 вольт (шаг 1 вольт на вторичке)
W1_ст2 = (220*25)/34 = 161 виток.. Форсированный режим
Далее рассчитываем на 33 вольт
W1_ст3 = (220*25)/33 = 166 витков.. Форсированный режим
Далее рассчитываем на 32 вольт
W1_ст4 = (220*25)/32 = 172 витка.. Номинальная обмотка
Далее рассчитываем на 31 вольт
W1_ст5 = (220*25)/31 = 177 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 30 вольт ..
W1_ст6 = (220*25)/30 = 183 витка.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 29 вольт
W1_ст7 = (220*25)/29 = 190 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 28 вольт
W1_ст8 = (220*25)/28 = 196 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 27 вольт
W1_ст9 = (220*25)/27 = 204 витка.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 26 вольт
W1_ст10 = (220*25)/26 = 211 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 25 вольт
W1_ст11 = (220*25)/25 = 220 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 24 вольт
W1_ст12 = (220*25)/24 = 229 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 23 вольт
W1_ст13 = (220*25)/23 = 239 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 22 вольт
W1_ст14 = (220*25)/22 = 250 витков.. Пассивный режим
Далее рассчитываем на 21 вольт
W1_ст15 = (220*25)/21 = 261 виток.. Пассивный режим
И последняя ступень на 20 вольт
W1_ст16 = (220*25)/20 = 275 витков.. Пассивный режим

Мотаем первичную обмотку трансформатора до 157 витка, делаем отвод, он будет соответствовать 35 вольтам на вторичке.

Далее мотаем 4 витка до 161 витка и делаем отвод, он будет соответствовать напряжению на вторичке 34 вольт.

Далее мотаем 5 витков и делаем отвод на 166 витке, он будет соответствовать напряжению на вторичке 33 вольт и т.д. согласно выше приведенному расчету.

Заканчиваем намотку первичной обмотки на 275 витке, он будет соответствовать напряжению на вторичке 20 вольт.

В итоге у нас получился трансформатор габаритной мощностью в 6840 ватт, первичной обмоткой с 16 ступенями регулирования.

Сечение обмоток такие же, как в первом варианте расчета.

На данном этапе мы заканчиваем расчет трансформатора.

Таким образом было рассчитано много трансформаторов и они прекрасно работают в сварочных полуавтоматах и сварочных аппаратах.

Не нужно бояться форсированного режима работы трансформатора (это такой режим, когда к обмотке трансформатора рассчитанного например на 190 вольт приложено напряжение 220 вольт), трансформатор прекрасно работает в таком режиме. Имея маломощный трансформатор, можно вытянуть из него все возможности используя форсированный режим для комфортного процесса сварки с помощью сварочного полуавтомата.

Ответ на комментарий.

Как наматывать на П-образный сердечник:

Первичная обмотка.

Вариант 1. Мотаем две одинаковые обмотки (клоны) в одну сторону и соединяем их начала. Концы этих обмоток используем для подключения к сети 220 вольт.

Вариант 2. Мотаем две одинаковые обмотки (клоны) в одну сторону, делаем отводы. Замыкая эти отводы, регулируем сварочный ток. Начало этих обмоток используем для подключения к сети 220 вольт.

Вторичная обмотка.

Мотаем две одинаковые обмотки в одну сторону и соединяем их концы. Начала этих обмоток используем для сварки.

Расчет площади сердечника и площади окна сердечника Sc и So.

По этим формулам, можно рассчитать требуемые величины.

Автор замысловатых расчетов: Admin Svapka.Ru

Схема электронного ЛАТРа

Я решил по возможности избавиться от некоторых недостатков регуляторов, перечисленных выше и сохранить их главные достоинства.

От ЛАТРа возьмём принцип автотрансформации и применим его на обычном трансформаторе, тем самым повысим напряжение выше напряжения сети. Мне понравился трансформатор от блока бесперебойного питания. В основном тем, что его не нужно перематывать. Всё нужное в нём есть. Марка трансформатора: RT-625BN.

Вот его схема:

Как видно из схемы, в нём присутствует, помимо основной обмотки на 220 вольт, ещё две, выполненные обмоточным проводом того же диаметра, и две вторичные мощные. Вторичные обмотки отлично подходят для питания цепи управления и работы кулера охлаждения силового транзистора. Две дополнительные обмотки соединяем последовательно с первичной обмоткой. На фотографиях видно, как это сделано по цветам.

На красный и чёрный провода подаём питание.

Добавляется напряжение с первой обмотки.

Плюс две обмотки. Итого получается 280 вольт.

Если нужно большее напряжение, то можно домотать ещё провода до заполнения окна трансформатора, предварительно сняв вторичные обмотки. Только мотать нужно обязательно в том же направлении, что и предыдущая обмотка, и соединять конец предыдущей обмотки с началом следующей. Витки обмотки должны, как бы продолжать предыдущую обмотку. Если намотаете навстречу, то при включении нагрузки будет большая неприятность!

Повышать напряжение можно, лишь бы регулирующий транзистор выдержал это напряжение. Транзисторы из импортных телевизоров встречаются до 1500 вольт, так что простор есть.

Трансформатор можно взять и любой другой, подходящий вам по мощности, удалить вторичные обмотки и домотать провод до нужного вам напряжения. В этом случае, напряжение управления можно получить от дополнительного вспомогательного маломощного трансформатора на 8 – 12 вольт.

Если кому – то захочется повысить КПД регулятора, то можно и здесь найти выход. Транзистор бесполезно расходует электроэнергию на нагрев тогда, когда ему приходится сильно убавлять напряжение. Чем сильнее нужно убавить напряжение, тем сильнее нагрев. В открытом состоянии, нагрев незначителен.

Если изменить схему автотрансформатора и сделать на нём много выводов нужных вам уровней напряжения, то можно при помощи переключения обмоток подать на транзистор напряжение близкое к нужному вам в данный момент. Ограничения в количестве выводов трансформатора не имеется, нужен только соответствующий количеству выводов переключатель.

Транзистор в этом случае будет нужен только для незначительной точной корректировки напряжения и КПД регулятора повысится, а нагрев транзистора уменьшится.

Схема ЛАТР

Как уже было сказано выше, все ЛАТРы относятся к автотранформаторам и обладают незначительной мощностью. При этом, им не требуется регистрация как средства измерения в Госреестре СИ и, соответственно, их не требуется поверять (по метрологическому освидетельствованию).

ЛАТР используется как на однофазной (230/50В), так и на трехфазной (380/50В) сети переменного тока и состоит из следующих составляющих:

Тороидальный сердечник из стали.
Обмотка, которая выполнена в виде одного контура (первичная).

При этом ее определенное количество витков зачастую выступает также и в роли вторичной обмотки и может регулироваться в зависимости от требуемого U выхода. Для того, чтобы уменьшить или увеличить число витков вторичной обмотки, в ЛАТРе предусмотрено ручное управление (ручка), поворот которой вызывает скольжение и перемещение угольной щетки от одного витка к другому. Таким образом, изменяется коэффициент трансформации, что и обуславливает различное выходное U.

Что такое лабораторный автотрансформатор (ЛАТР)

Очень часто в среде электриков и электронщиков звучит аббревиатура ЛАТР. Помните, мы как-то с вами рассматривали блок питания и даже делали его сами. Блок питания выдавал нам постоянное напряжение от нуля и до какого-то конечного значения, которое, конечно же, зависело от крутизны блока питания. Согласитесь, очень удобная штука. Но есть один минус — он нам выдает только постоянное напряжение.

Но, раз есть блок питания на постоянное напряжение, то должен быть блок питания и на переменное напряжение. И называется такой блок питания лабораторный автотрансформатор или сокращенно ЛАТР. Что это за вещь и с чем ее едят?

ЛАТР — это тот же трансформатор. Он преобразовывает переменное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины. Но вся фишка в том, что мы можем менять при необходимости напряжение на выходе ЛАТРа.

Основные сферы применения ЛАТР

Все подобные виды автотранформаторов имеют достаточно узкое применение за счет своих конструктивных особенностей, а именно:

В лабораториях различных НИИ и предприятий для проведения тестовых работ применительно к оборудованию, работающему на АС, а также в качестве стабилизатора U для понижения сетевого напряжения (на входе).
Для наладки, отладки промышленных приборов, радиоэлектронной и высокочувствительной техники и большинства устройств, для работы которых требуется пониженный уровень U.
В качестве зарядного устройства для АКБ.
В ЖКХ.
В образовательных учреждениях для проведения лабораторных работ.

Однако, если в электросети постоянно имеется нестабильный уровень U, применение ЛАТРа не будет себя оправдывать, так как в подобных случаях требуется установка стабилизатора.

Переменный ток или постоянный

Чтобы выбрать вариант и правильно собрать устройство, необходимо ознакомиться с особенностями каждого из них:

Прибор, работающий с переменными параметрами, должен давать напряжение 60 В и силу тока до 160 А. Для определения характеристик провода, подсоединяемого к сети 220 В, применяют специальные таблицы. Сечение не должно превышать 7 мм². Оптимальной считают величину 3 мм². При создании прибора для работы с алюминием данный параметр умножают на 1,6. Кабель обматывают тканевой изоляцией, препятствующей короткому замыканию. Вторую обмотку делают из толстого медного провода.
Аппарат, функционирующий на постоянном токе. Оборудование применяют для сварки стальных или чугунных деталей. Для создания самоделки этого типа требуется минимум времени. Вторичная часть катушки здесь подключается через диодный выпрямитель. Блок должен выдерживать до 200 А, обладать качественной системой охлаждения. Для выравнивания силы тока в схему включают конденсаторы, для регулировки параметров – дроссель.

Принцип действия

Основной принцип действия автотрансформатора аналогичен обычному аппарату:

ток, протекающий по первичной обмотке, создает магнитное поле и магнитный поток в магнитопроводе;
величина этого поля зависит от силы тока и от числа витков;
изменения магнитного потока наводят ЭДС во вторичной обмотке;
величина наведенной ЭДС зависит от числа витков во вторичной обмотке.

Особенность автотрансформатора в том, что часть витков первичной обмотки является также вторичной. В связи с тем, что ЭДС в первичной и вторичной обмотках направлены встречно, ток в общей части катушки I¹² равен разнице I¹ и I². При равенстве входного и выходного напряжения или Ктр=1 I¹² определяется индуктивным сопротивлением катушки.