Регулировка сварочного тока

Существуют различные способы регулировки сварочного тока, но, можно сказать, что самое широкое распространение в народе получил очень простой и надежный способ регулировки тока - с помощью включенного на выходе вторичной обмотки балластного сопротивления. Способ не только прост и надежен, но к тому же полезен, так как улучшает внешнюю характеристику трансформатора, увеличивая крутизну ее падения. В некоторых случаях балластные сопротивления применяются сугубо для исправления жесткой характеристики сварочного аппарата.

Величина балластного сопротивления для регулятора сварочного тока составляет порядка сотых-десятых долей Ома и подбирается, как правило, экспериментально. В качестве балластного сопротивления издавна применяются мощные проволочные сопротивления, использовавшиеся в подъемных кранах, троллейбусах, или отрезки спиралей ТЭНов (теплоэлектронагревателей), куски толстой высокоомной проволоки. Несколько уменьшить ток можно даже с помощью растянутой дверной пружины из стали. Балластное сопротивление может включаться либо стационарно.

Схема регулятора сварочного тока

Либо так, чтобы потом можно было относительно легко регулировать сварочный ток. Один конец такого сопротивления подключается к выходу трансформатора, а конец сварочного провода оборудуется съемным зажимом, который легко перебрасывается по длине спирали сопротивления, выбирая нужный ток.

Схема регулировки сварочного тока

Нихромовая проволока в качестве балластного сопротивления (диаметром 4 мм и длиной 8 м). Проволока может быть и меньшего диаметра, и при этом будет нужна меньшая длина, но она будет больше нагреваться.

Регулирование сварочного тока балластным сопротивлением

Большинство проволочных резисторов большой мощности изготовлены в виде открытой спирали, установленной на керамический каркас длиной до полуметра, как правило, в спираль смотана и проволока от ТЭНов. Если резистор изготовлен из магнитных сплавов, то в случае его спиральной компоновки, а тем более с какими-либо стальными элементами конструкции внутри спирали, при прохождении больших токов спираль начинает сильно вибрировать. Ведь спираль - это тот же соленоид, а огромные сварочные токи порождают мощные магнитные поля. Уменьшить влияние вибраций можно, растянув спираль и зафиксировав ее на жесткой основе. Кроме спирали, проволоку можно сгибать также змейкой, что тоже уменьшает размеры готового резистора. Сечение токопроводящего материала резистора следует подбирать побольше, потому что при работе он сильно греется. Слишком тонкая проволока или лента будет раскаляться докрасна, хотя даже это, в принципе, не исключает эффективность использования ее в качестве регулятора тока для сварочного аппарата. О реальном значении сопротивления балластных проволочных резисторов судить трудно, так как в нагретом состоянии свойства материалов сильно меняются.

В промышленных сварочных аппаратах способ регулировки тока с помощью включения активных сопротивлений, из-за их громоздкости и нагрева, не получил распространения. Зато очень широко применяется реактивное сопротивление - включение во вторичную цепь дросселя. Дроссели имеют разнообразные конструкции, часто объединенные с магнитопроводом трансформатора в одно целое, но сделаны так, что их индуктивность, а значит, реактивное сопротивление регулируется, в основном, перемещением частей магнитопровода. Заодно дроссель улучшает процесс горения дуги.

Регулировка тока во вторичной цепи сварочного трансформатора связана с определенными проблемами. Через регулирующие устройство проходят значительные токи, что приводит к его громоздкости. Другое неудобство - переключение. Для вторичной цепи практически невозможно подобрать столь мощные стандартные переключатели, чтобы они выдерживали ток до 200А. Другое дело - цепь первичной обмотки, где токи примерно в пять раз меньше, переключатели для которых являются ширпотребом. Последовательно с первичной обмоткой, так же, как и в предыдущем случае, можно включать балластные сопротивления. Только в этом случаи сопротивление резисторов должно быть на порядок большим, чем в цепи вторичной обмотки. Так, батарея из нескольких параллельно соединенных резисторов ПЭВ-50...100 суммарным сопротивлением 6-8 Ом способна понизить выходной ток вдвое, а то и втрое, в зависимости от конструкции трансформатора. Можно собрать несколько батарей и установить переключатель. Если же в распоряжении нет мощного переключателя, то можно обойтись несколькими выключателями. Установив резисторы по схеме изображенной ниже, можно, например, сделать регулятор сварочного тока с комбинацией: 0; 4; 6; 10 Ом.

Регулятор тока для сварочного аппарата

Резисторы ПЭВ

Правда, при включении балластного сопротивления в первичной цепи, теряется выгода, которую придает сопротивление во вторичной, - улучшение падающей характеристики трансформатора. Но зато и к каким-либо отрицательным последствиям в горении дуги включенные по высокому напряжению резисторы не приводят: если трансформатор хорошо варил без них, то с добавочным сопротивлением в первичной обмотке он варить будет.

В режиме холостого хода трансформатор потребляет небольшой ток, а значит, его обмотка обладает значительным сопротивлением. Поэтому дополнительные несколько Ом практически никак не сказываются на выходном напряжении холостого хода.

Вместо резисторов, которые при работе будут сильно греться, в цепь первичной обмотки можно установить реактивное сопротивление - дроссель.

Самодельный дроссель

Эту меру следует рассматривать скорее как выход из положения, если никаких других средств понижения мощности не имеется. Включение реактивного сопротивления в цепь высокого напряжения может сильно понижать выходное напряжение холостого хода трансформатора. Падение выходного напряжения наблюдается у трансформаторов с относительно большим током холостого хода - 2-3А. При незначительном потреблении тока - порядка 0,1А - падение выходного напряжения почти незаметно. Кроме того, включенный в первичной обмотке трансформатора, дроссель может приводить к некоторому ухудшению сварочных характеристик трансформатора, хотя и не настолько, чтобы его нельзя было эксплуатировать. В последнем случае все еще сильно зависит от свойств конкретного трансформатора. Для некоторых сварочных аппаратов, включение дросселя в первичную цепь трансформатора никак не сказывается, по крайней мере согласно субъективным ощущениям, на качестве горения дуги.

В качестве дросселя сварочного аппарата, для регулировки тока, можно использовать готовую вторичную обмотку какого-нибудь трансформатора, рассчитанного да выход около 40В и мощностью 200-300 Вт, тогда ничего переделывать не придется. Хотя все же лучше сделать самодельный дроссель, намотав провод на отдельном каркасе от такого же трансформатора - 200-300 Вт, например от телевизора, сделав отводы через каждые 30-60 витков, подключенные к переключателю.

Схема обмотки дросселя для сварочного аппарата

Самодельный дроссель можно изготовить и на незамкнутом - прямом сердечнике. Это удобно, когда уже есть готовая катушка с несколькими сотнями витков подходящего провода. Тогда внутрь нее надо набить пакет прямых пластин из трансформаторного железа. Необходимое реактивное сопротивление выставляется подбором толщины пакета, ориентируясь по сварочному току трансформатора. Для примера: дроссель, изготовленный из катушки, содержащей предположительно около 400 витков провода диаметром 1,4 мм, был набит пакетом железа с общим сечением 4,5 см², длиной, равной длине катушки, 14 см. Это позволило уменьшить сварочный ток трансформатора 120А примерно в два раза. Дроссель такого типа можно сделать и с регулируемым реактивным сопротивлением. Для этого можно менять глубину ввода стержня сердечника в полость катушки. Катушка без сердечника обладает низким сопротивлением, при полностью введенном стержне ее сопротивление максимально. Дроссель, намотанный подходящим проводом, мало греется, но у него сильно вибрирует сердечник. Это надо учитывать при стяжке и фиксации набора пластин железа.

Для самодельных сварочных аппаратов легче всего, еще при намотке обмоток, сделать их с отводами и, переключая количество витков, изменять ток. Однако использовать такой способ можно разве что для подстройки тока, нежели для его регулировки в широких пределах. Ведь, чтобы уменьшить ток в 2-3 раза, придется слишком увеличивать количество витков первичной обмотки, что неизбежно приведет к падению напряжения во вторичной цепи. Либо же придется наращивать витки всех катушек, что приведет к чрезмерному расходу провода, увеличению габаритов и массы трансформатора.

Для более тонкой регулировки сварочного тока в меньшую сторону, можно использовать индуктивность сварочного кабеля, укладывая его кольцами. Но не стоит перебарщивать, т.к. кабель будет нагреваться.

В последнее время некоторое распространение получили тиристорные и симисторные схемы регулировки тока сварки. При подаче на управляющий вывод тиристора или симистора напряжения определенной величины регулятор открывается и начинает свободно пропускать через себя ток. В схемах регулирования тока, работающих от переменного напряжения, управляющие импульсы обычно поступают на каждом полупериоде. Регулятор открывается в строго определенные (задаваемые) моменты времени, обрезая таким образом начало каждого полупериода синусоиды тока, что уменьшает суммарную мощность проходящего электрического сигнала.

Осциллограмма для трансформатора с тиристорным регулятором

Естественно, ток и напряжение после этого не имеют синусоидальную форму. Такие схемы позволяют регулировать мощность в широких пределах. Человек, разбирающийся в радиоэлектронике, сможет изготовить подобную схему самостоятельно, хотя, надо сказать, устройства такого рода нельзя признать совершенными. При использовании регуляторов данного типа процесс горения дуги несколько ухудшается. Ведь теперь при уменьшении мощности дуга начинает гореть отдельными, все более кратковременными вспышками. У большинства из схем тиристорных регуляторов шкалы не линейны, а калибровка меняется с изменением напряжения сети, ток через тиристор постепенно увеличивается во время работы из-за нагрева элементов схемы. Кроме того, обычно заметно гасится выходная мощность даже при максимальном положении отпирания регулятора, к чему сварочные трансформаторы очень чувствительны. Такой способ регулировки тока сварки, из-за сложности изготовления и невысокой надежности, не получил большого распространения среди самодельных регуляторов сварочного тока.

Измерение сварочного тока

Для измерения больших токов, в данном случае до 200А, требуются приборы, которые обладают своей спецификой и в быту мало-распространены. Одним из наиболее простых решений будет воспользоваться токоизмерительными клещами.

Токоизмерительные клещи

Специфика измерения этим прибором состоит в том, что для измерения не требуется подключаться в электрическую цепь. Сила тока измеряется на расстоянии от провода без прикосновения к нему. У прибора есть специальный разводящийся контур, отчего и название - "клещи", которым охватывается провод с током. Электромагнитное поле тока протекающего в охваченном проводе наводит ток в замкнутом контуре, который и измеряется. На корпусе "клещей" находится переключатель пределов измерения тока, максимальные значения которого обычно достигают - от 100А до 500А для разных моделей приборов. Токоизмерительными клещами можно оперативно воспользоваться практически в любой ситуации, не оказывая никакого влияния на электрическую цепь. Измерять ими можно лишь переменный ток, который создает переменное электромагнитное поле, для постоянного тока этот инструмент бесполезен. Класс точности в данном случае весьма невысок, поэтому можно судить, скорее, только о приблизительных значениях.

Другой способ измерять ток сварки: вмонтировать в электрическую цепь изготавливаемого сварочного аппарата или дорабатываемого промышленного аппарат амперметр, рассчитанный на большие значения тока, а то и просто включать его на время в разрыв цепи сварочных проводов.

Включение амперметра в сварочную цепь также отмечается некоторой спецификой. Дело в том, что последовательно в цепь включается не сам прибор (стрелочный указатель), а его шунт (резистор), стрелочный же индикатор подключается к шунту параллельно.

Схема амперметра для измерения больших токов

Шунт обладает собственным сопротивлением: предположительно сотые доли Ома (так как измерить его обычным омметром не удается). На вид это кусок металла в несколько сантиметров в длину прямоугольного сечения с мощными контактными площадками с обеих сторон. От точности сопротивления шунта зависит и точность показания прибора. Для каждой модели амперметра предусмотрен шунт определенного сопротивления, и они должны продаваться вместе.

Амперметр с шунтом

И уж чего ни в коем случае не нужно делать, так это пробовать включить стрелочный прибор в цепь вообще без шунта. Если у вас где-то завалялся стрелочный прибор, на шкале которого значатся сотни ампер, то это вовсе не значит, что он сам их измеряет. Проверьте его: и сам по себе прибор окажется всего-то микро- или миллиамперметром. Иногда попадаются стрелочные приборы, у которых шунт вмонтирован внутри корпуса и к нему дополнительно ничего больше подключать не нужно. Как правило, такие отличаются огромными размерами и невысоким классом точности.

Немалое значение имеет способность стрелочного указателя измерительного прибора устанавливаться на текущее значение, преодолевая колебательные переходные процессы при изменении тока, иначе стрелка будет судорожно плясать по шкале уже при незначительных изменениях тока, которые неизбежны при горении сварочной дуги.