具有升压和平滑电流调节的焊机。方案、说明

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具有升压和平滑电流调节功能的焊机。无线电电子电气工程百科全书

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向读者提供了一种易于制造且运行可靠的焊接机的描述。它允许您焊接直流电和交流电，并且在这两种情况下不仅可以步进，还可以平滑调整。为了促进电弧的点燃，提供了升压。

当今市场上有各种各样的焊机。便携式焊机（所谓的逆变器）仅使用直流电运行。他们的廉价型号适合非专业用途，功率相对较低，而且不够可靠。使用大功率低频变压器的焊机主要用于工业用途。它们通常具有高功率、大重量和尺寸，并且相对昂贵。此外，它们还允许长时间连续运行。通过改变附加扼流圈的电感或焊接变压器本身的漏感，可以平滑或逐步调节此类机器中的焊接电流。大质量和高价格使得购买这种设备供个人（非专业）使用是不切实际的。

还有廉价的低频变压器小功率焊机出售。但绕组的有源电阻参与所需负载特性的形成。因此，这种焊机在运行过程中会变得非常热。

许多人自己制作焊接变压器。为此所需要的只是合适的磁路和绕组线。但为了进行高质量的焊接，自制机器必须能够选择电流类型（直流或交流）并调节焊接电流。另外，为了便于在低电压下引弧，建议在设备中配备升压器。

下面描述了一种简单可靠的焊机，其带有基于异步三相电动机定子的变压器，并确保满足上述要求。与之前在业余无线电文献和互联网上描述的那些相比，它具有许多重要的功能，可以显着提高其性能并降低制造的复杂性。

装置原理图如图所示。 1. 电源电压通过由线电阻R1-R4和开关SA1组成的步进变阻器提供给焊接变压器T2的绕组I。该装置由电流互感器T1、二极管整流器VD1、VD2和测量头PA1组成，测量网络消耗的电流。来自变压器T2绕组II的电压通过开关SA2以及二极管vD5、VD7和晶闸管VS1、VS2上的全波整流器提供给焊接电路。

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整流器与焊接电流调节器组合在一起。当可变电阻电机R5和R6处于图中最右位置时，当变压器T1绕组II上的瞬时电压值与零略有不同时，晶闸管VS2和VS2打开。在这种情况下，电流截止角度接近180度。并且焊接电流最大。当这些电阻的滑块向左移动时，可控硅VS1和VS2的开启电压增加，电流截止角减小到90度。结果，焊接电流减少了大约最大值的一半。随着控制电阻阻值的进一步增大，整流可控硅停止开通，输出电压和电流变为零。

晶体管VT1用作控制电流放大器。它可以从电路中排除，但电阻器R5和R6的阻值必须减小约30倍。同时，在某些模式下，电阻器 R5 和 R6 上会消耗几瓦的功率。很难找到具有足够大允许耗散功率的可变电阻器，因此决定在控制器中使用带有晶体管电流放大器的高阻电阻器。两个串联的可变电阻可以确保电流在较宽的变化范围内平滑调节。

在一些焊机中，使用三极管电流控制器，其提供0到180度范围内的截止角的平滑变化，这对应于电流从零到最大值的变化。通常，此类调节器中的三极管是在短脉冲的帮助下进行控制的。但这些稳压器比较复杂，对于低微分电阻的负载（焊弧或充电电池）工作不够稳定。不稳定性表现在以下事实：在调节器旋钮位置恒定的情况下，输出电流相对于给定平均值随机变化。采用直流电控制 SCR 的调节器在这些条件下工作更加稳定。另外，焊接电流调节器必须调节焊接电流，但不能调节焊机输出电压的幅值。而当截止角从90度变为0度时。整流器输出处的电压脉冲的幅度减小，这是不希望的，因为电弧的点燃条件恶化。

为了扩大电流调节范围而不使三极管调节器复杂化，该器件在电阻器 R1-R4 上配备了强大的步进变阻器。这种变阻器通常包含在焊接变压器的次级绕组电路中。但将其与初级串联具有几个优点。特别是，这种情况下的变压器在较低电压下运行，因此发热较少。另外，在这种情况下，更容易选择高阻值线来制造变阻器，并且作为SA1开关，可以使用电流高达30A的典型封装开关。

升压电路是基于二极管VD3的半波整流器，与白炽灯EL1串联作为限流器。在空闲模式下（当焊弧未点燃时），电容器C1在开关SA3的任意位置通过二极管VD76充电至约2V的电压。由于灯的冷灯丝电阻很小，电容器C1充电很快。电弧被点燃后，电容器C1两端的电压变小。在这种模式下，流过二极管VD3的电流受到灯EL1电阻的限制，该电阻随着灯丝加热而增加，因此电流保持在二极管的允许限度内，并且仅略微增加焊接电流。

升压器是一种非常有用的设备。在没有它且焊机输出端开路电压较低的情况下，很难点燃电弧，这降低了焊工的生产率并使他非常疲劳。在不使用升压的情况下增加开路电压会显着降低焊机的效率并增加电网的负载。但在许多情况下，升压单元过于复杂，并且在某些情况下不够有效。例如，在[1]中，该节点的设计使得当电弧燃烧时，相当大的电流可以流过升压电路，仅受电感器的有源电阻的限制。为了将该电流保持在可接受的范围内，升压电压选择较小（10...12 V），这会降低其效率。希望升压器将空载电压提高到 80...90 V。

此外，在[1]描述的装置中，引弧瞬间的输出电流受到电感器感抗的限制，这使其形成更加复杂。实践表明，当在焊接整流器的输出端安装电容器时，引弧效果最好。当整流器根本没有任何抗混叠滤波器时，结果会稍差一些。但如果平滑滤波器仅由扼流圈或端部带有扼流圈组成，则电弧最难点燃。

电容器C1的电容必须能够确保火花放电快速转变为低功率电弧。实践表明，其3000微法的容量足以满足这一要求。这样的电容器不能平滑焊接电流的交流分量，因此不需要它。当焊接电弧燃烧时，电容器C1上的电压从零脉动到幅值。因此，电容器C1必须承受这样幅度的电压纹波。应记住，氧化物电容器上允许的电压纹波幅度通常不超过其额定工作电压的 10...20%。

哪种平滑滤波器最适合用于焊机整流器的问题是有争议的。许多杂志尤其是互联网上发表的文章作者认为，最好在焊机的整流滤波器中使用扼流圈。例如，有一种观点认为它的存在可以防止电极粘附到正在焊接的部件上。但粘连的原因通常是焊接电源功率不足（或无法进行焊接）。在这种情况下，低功率电弧会稍微熔化电极和零件，并且为了产生强大的电弧，电源没有足够的功率。结果，如果电极意外接触到正在焊接的部件，则电极的熔融金属在与较冷的部件接触时结晶，并且电极被焊接到该部件上。

油门不能促进电弧点火，因为在空闲模式下它不存储能量。当电极接触零件时，电流开始从零增加，电感器开始存储能量。此时，源的能量并未用于产生电弧放电，而是累积在电感器的磁场中。

在对基于异步电动机的变压器的焊机的描述中，通常建议去除位于定子板组外侧的护罩带以及这些板内侧的突出物。同时，成品变压器像带有环形磁芯的小功率变压器一样安装在焊机本体中。但焊接变压器质量较大，在运行过程中会变得非常热。采用这种安装方式的变压器的重量会对绕组线的绝缘层施加压力，从而导致损坏和匝间短路。当电线的绝缘层耐热性不够时，这个问题尤其明显。

去除定子板的捆扎条和突出物是一项非常劳动密集型的操作，不仅无用，而且甚至是有害的操作。然而，据信应该移除捆扎带，使得它们不会将定子板短接在一起。根本没有理由去除突出物。也许这样做是为了增加磁路窗口的面积或者稍微减少电线消耗。

但事实是，磁路窗口的尺寸通常是相当足够的，并且节省的电线非常少。通常使用凿子和锤子去除板和绷带的突出部分。在这样的去除之后，板之间形成许多电接触点，这可以在磁路中创建涡流路径。

电动机和变压器磁芯环形部分的磁通与绷带平行流动，而不与绷带交叉，并且不会在绷带中产生涡流。唯一的区别是，在电机定子中，磁通被分成两半，沿一个方向在环形磁路的完全相反的部分中流动，而在变压器中，单个磁通沿着环流动。因此，变压器中相同磁路的有效横截面大约比电机中小两倍，并且电源线的平均长度更长。因此，对于相同的电压，变压器绕组所需的匝数要大于电机绕组的匝数。最好通过实验来确定。

所提出的焊机变压器的磁路设计如图2所示。 5. 定子板的捆扎带和突出部分保留在原位。为了使绕组的匝数不落在定子板的突出部之间，两个环形板3附接至其封装4的端部。在定子板的突出部之间有四个与定子板隔离的螺柱2 （使用电机中使用的垫圈来隔离绕组）。螺柱被拧入具有内螺纹的支架1中，固定至木质底座1。因此，变压器重量的负载仅通过支架2而不是通过电线的绝缘层传递至底座XNUMX。这使您可以提高变压器的最大允许工作温度，而无需担心电线绝缘层变形和短路的风险。

具有升压和平滑电流控制的焊机
图。 2

在紧固包装的四个螺柱4中的两个螺柱6上的磁路的上部中，固定有由非磁性材料(例如铝)制成的具有手柄7的支架6。期望支架2和支架XNUMX都由相同的材料制成，但是没有太大必要。为了给缠绕留出更多空间，您可以只使用三个螺柱，将它们（在俯视图中）放置在等边三角形的顶点上，但随后您必须更改手柄的设计。

实际磁路采用功率为 7,5 kW 的异步电机定子。绕组 I 由 305 匝截面为 4 毫米的铝线组成² 在耐火塑料绝缘中。绕组II由两根截面为10毫米的APV-10铝线折叠在一起缠绕而成² 每一个。它包含 77 个转弯。从第 48 圈、第 58 圈和第 69 圈开始攻丝。

为了确定所需的匝数，将测试绕组缠绕在磁芯上并测量其电感。然后计算绕组 I 的匝数，以获得 220 Hz 频率下 50 欧姆的感抗。结果，变压器的空载电流约为1A。然后，根据所需的变比，计算出绕组II的匝数。

电流互感器T1由输出垂直扫描变压器TVK-110的磁芯制成。其初级绕组为一匝截面为2,5mm的安装线²。次级绕组包含 100 匝直径为 2 mm 的 PEV-0,5 电线。

如果采用测量极限为1A的指针式万用表作为测量头PA0,5，那么其指针在通过I绕组的电流为100A时将完全发生偏差变化。因此，总偏转电流较低的设备的指针经常会碰到挡块，从而导致测量机构迅速失效。

电流测量单元可以很容易地转移到变压器T2的绕组II的电路中。但这没有太大的必要。变压比已知，并且知道绕组中的电流I，就可以计算出焊接电流的值。

变阻器的电阻器R1-R4由2根XNUMXkW电加热线圈折叠在一起的镍铬合金线制成。当焊机运行时，这些电阻器会变得非常热，因此它们安装在由耐火轻质砖制成的耐热底座上，底座上有镍铬合金丝穿过的孔。为了使变阻器更加紧凑，可以将砖块切成两部分，只使用一半。

您可以使用带有多个绕组抽头的扼流圈来代替变阻器。但电感器的质量和尺寸比砖和镍铬合金线制成的变阻器大得多。使用扼流圈调节焊接电流的可行性取决于多种情况。例如，当执行大量焊接工作时，扼流圈将减少能耗，从而降低其成本，因为它消耗的有功功率微不足道。

若需采用交流电焊接，则焊接回路应包含在A点断线处（见图1）。在这种情况下，电容器C1的端子必须用能够承受焊接电流而不会明显发热的跳线闭合。在这种情况下，电流调节器照常工作，但没有升压。

在进行焊接工作之前，建议按以下顺序设置焊机的操作模式。首先，根据焊接电弧所需的功率，拨动开关SA2设定所需的输出电压，并将可变电阻R5、R6的滑块移至右侧（如图所示）位置。然后应将开关 SA1 置于所需位置，在不打开设备的情况下，用跳线连接电容器 C1 的端子。将设备连接到网络后，使用可变电阻器 R5 和 R6 将短路电流设置为比所需焊接电流大 30 ... 50%。

短路模式应是短期的，不超过2...3秒，之后应将设备与网络断开，并从电容器C1的端子上拆下跳线。现在您可以再次打开机器并开始焊接。将来，如有必要，可以使用可变电阻器 R5 和 R6 来调节电流。专门文献中给出了各种零件的典型焊接模式。

所述焊机中使用的晶闸管调节器在输出电流的稳定性方面与[2]中描述的类似，但电路明显更简单。这是因为它没有额外的整流器来为 SCR 控制电极电路供电。但可以通过按照图3所示的方案构建一台焊机来引入。 2. 变压器T10的附加绕组III必须包含1,5匝截面为XNUMXmm的安装线² （机械强度）。在这种情况下，电阻器 R5 上的整流电压经电容器 C1 平滑后约为 10 V。晶闸管控制电极的电流将不是脉动的，而是恒定的，具体取决于可变电阻器 R5 滑块的位置。

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文学

Stepanov L. 焊机中的“升压”。 - 广播，2004 年，第 6 期，第 40 页XNUMX.
Zherebtsov IP 电子学基础。 - L .：Energoatomizdat，1985 年。

作者：A.谢尔盖夫

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