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전압 부스터와 원활한 전류 조정 기능을 갖춘 용접기. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
독자에게는 제조가 쉽고 작동이 안정적인 용접기에 대한 설명이 제공됩니다. 직류와 교류를 모두 사용하여 용접할 수 있으며, 두 경우 모두 계단형일 뿐만 아니라 부드럽게 조정될 수도 있습니다. 아크 점화를 촉진하기 위해 전압 부스터가 제공됩니다. 오늘날 수많은 용접 기계가 판매되고 있습니다. 휴대용 용접기(소위 인버터)는 직류로만 작동합니다. 비전문가용으로 설계된 값싼 모델은 상대적으로 전력이 낮고 신뢰성이 충분하지 않습니다. 고출력 저주파 변압기를 사용한 용접기는 주로 산업용으로 생산됩니다. 그들은 일반적으로 높은 출력, 상당한 무게 및 크기를 가지며 상대적으로 비쌉니다. 또한 장기간 연속 작동이 가능합니다. 이러한 기계의 용접 전류는 추가 초크의 인덕턴스 또는 용접 변압기 자체의 누설 인덕턴스를 변경하여 원활하게 또는 단계적으로 조절됩니다. 질량이 크고 가격이 높기 때문에 개인용(비전문용)으로 이러한 장치를 구입하는 것은 비실용적입니다. 저주파 변압기에는 저렴한 저전력 용접기도 판매됩니다. 그러나 권선의 능동 저항은 필요한 부하 특성의 형성에 참여합니다. 따라서 이러한 용접기는 작동 중에 매우 뜨거워집니다. 많은 사람들이 용접 변압기를 직접 만듭니다. 이를 위해서는 적합한 자기 코어와 권선만 필요합니다. 그러나 고품질 용접을 수행하려면 직접 만든 기계에서 전류 유형(직류 또는 교류)을 선택하고 용접 전류를 조절하는 기능을 제공해야 합니다. 또한 저전압에서 아크 점화를 촉진하려면 장치에 전압 부스터를 설치하는 것이 좋습니다. 다음은 비동기 XNUMX상 전기 모터의 고정자를 기반으로 하고 위의 요구 사항을 충족하는 변압기를 갖춘 간단하고 안정적인 용접기에 대한 설명입니다. 이는 아마추어 무선 문헌 및 인터넷에서 이전에 설명한 것과 비교하여 성능을 크게 향상시키고 제조 복잡성을 줄이는 여러 가지 중요한 기능을 가지고 있습니다. 장치 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. 1. 주전원 전압은 와이어 저항 R4-R1와 스위치 SA2로 구성된 스텝 가변 저항을 통해 용접 변압기 T1의 권선 I에 공급됩니다. 변류기 T1, 다이오드 정류기 VD2, VD1 및 측정 헤드 PA2로 구성된 이 장치는 네트워크에서 소비되는 전류를 측정합니다. 스위치 SA2와 다이오드 vD5, VD7 및 사이리스터 VS1, VS2의 전파 정류기를 통해 변압기 TXNUMX의 권선 II에서 전압이 용접 회로에 공급됩니다.
정류기는 용접 전류 조절기와 결합됩니다. 가변 저항 모터 R5 및 R6이 다이어그램의 맨 오른쪽 위치에 있을 때 사이리스터 VS1 및 VS2는 변압기 T2 권선 II의 순간 전압 값이 180과 약간 다를 때 열립니다. 이 경우 현재 차단 각도는 1도에 가깝습니다. 용접 전류는 최대입니다. 이 저항의 슬라이더를 왼쪽으로 이동하면 SCR VS2 및 VS90의 개방 전압이 증가하고 전류 차단 각도가 XNUMX도로 감소합니다. 그 결과, 용접 전류는 최대치의 약 절반으로 감소됩니다. 제어 저항의 저항이 더 증가하면 정류기 SCR이 개방을 중지하므로 출력 전압과 전류가 XNUMX이 됩니다. 트랜지스터 VT1은 제어 전류 증폭기 역할을 합니다. 회로에서 제외할 수 있지만 저항 R5 및 R6의 저항은 약 30배 감소해야 합니다. 이 경우 저항 R5 및 R6은 일부 모드에서 수 와트의 전력을 소모합니다. 허용 전력 손실이 충분히 큰 가변 저항을 찾기가 어렵기 때문에 레귤레이터에 트랜지스터 전류 증폭기가 있는 고저항 저항을 사용하기로 결정했습니다. 직렬로 연결된 두 개의 가변 저항을 사용하면 광범위한 변화에 걸쳐 전류를 원활하게 조절할 수 있습니다. 일부 용접 기계는 사이리스터 전류 조정기를 사용하여 0도에서 180도 범위의 차단 각도를 부드럽게 변경합니다. 이는 전류가 90에서 최대로 변경되는 것에 해당합니다. 이러한 조정기의 SCR은 일반적으로 짧은 펄스를 사용하여 제어됩니다. 그러나 이러한 조정기는 더 복잡하며 차동 저항이 낮은 부하(용접 아크 또는 충전 배터리)에 대해 충분히 안정적으로 작동하지 않습니다. 레귤레이터 손잡이의 위치가 변하지 않으면 출력 전류가 지정된 평균값에 비해 혼란스럽게 변한다는 사실에서 불안정성이 나타납니다. 사이리스터가 직류를 제어하는 레귤레이터는 이러한 조건에서 보다 안정적으로 작동합니다. 또한, 용접 전류 조절기는 용접 전류를 조절해야 하지만 용접기의 출력 전압의 진폭은 조절하지 않아야 합니다. 그리고 컷오프 각도가 0도에서 XNUMX도로 변경될 때. 정류기 출력의 전압 펄스 진폭이 감소하는데, 이는 아크 점화 조건이 악화되기 때문에 바람직하지 않습니다. 사이리스터 조정기를 복잡하게 하지 않고 전류 조절의 한계를 확장하기 위해 이 장치에는 저항기 R1-R4에 강력한 스텝 가변 저항이 장착되어 있습니다. 이러한 가변 저항은 종종 용접 변압기의 1차 권선 회로에 포함됩니다. 그러나 이를 30차 권선과 직렬로 연결하면 몇 가지 장점이 있습니다. 특히 이 경우 변압기는 더 낮은 전압에서 작동하므로 발열이 적습니다. 또한 이 경우 가변저항기 제조를 위한 고저항 전선을 선택하는 것이 더 용이하며, 스위치 SAXNUMX은 최대 XNUMXA 전류용 표준 패킷 스위치를 사용할 수 있다. 전압 부스터 회로는 다이오드 VD3을 기반으로 한 반파 정류기이며, 백열 램프 EL1이 전류 제한기로 연결되어 있습니다. 유휴 모드(용접 아크가 켜지지 않을 때)에서 커패시터 C1은 스위치 SA3의 임의 위치에서 다이오드 VD76을 통해 약 2V의 전압으로 충전됩니다. 램프의 차가운 필라멘트 저항이 최소화되므로 커패시터 C1이 빠르게 충전됩니다. 아크가 점화된 후 커패시터 C1 양단의 전압은 낮아집니다. 이 모드에서 다이오드 VD3을 통해 흐르는 전류는 필라멘트가 가열됨에 따라 증가하는 램프 EL1의 저항에 의해 제한되므로 전류는 다이오드의 허용 한계 내에서 유지되고 용접 전류는 약간만 증가합니다. 전압 부스터는 매우 유용한 장치입니다. 아크가 없고 용접기 출력에 낮은 개방 회로 전압이 있는 경우 아크는 쉽게 점화되어 용접공의 생산성을 저하시키고 그를 크게 지치게 합니다. 전압 부스터를 사용하지 않고 무부하 전압을 높이면 용접기의 효율이 급격히 떨어지고 전기 네트워크의 부하가 증가합니다. 그러나 대부분의 경우 전압 부스터 장치는 너무 복잡하고 어떤 경우에는 충분히 효과적이지 않습니다. 예를 들어, [1]에서 이 장치는 아크가 연소될 때 인덕터의 활성 저항에 의해서만 제한되는 상당히 큰 전류가 전압 부스터 회로를 통해 흐를 수 있도록 설계되었습니다. 이 전류를 허용 가능한 한도 내로 유지하기 위해 부스트 전압은 작게(10~12V) 선택되어 효율이 감소합니다. 전압 부스터는 무부하 전압을 80~90V로 높이는 것이 바람직합니다. 또한 [1]에 설명된 장치에서는 아크 점화 순간의 출력 전류가 인덕터의 유도성 리액턴스에 의해 제한되므로 형성이 더욱 복잡해집니다. 실습에 따르면 용접 정류기의 출력에 커패시터를 설치할 때 아크가 가장 잘 점화되는 것으로 나타났습니다. 정류기에 앤티앨리어싱 필터가 전혀 없으면 결과는 약간 더 나쁩니다. 그러나 스무딩 필터가 초크로만 구성되거나 초크로 끝나는 경우 아크가 점화되기 가장 어렵습니다. 커패시터 C1의 커패시턴스는 스파크 방전이 저전력 아크로 빠르게 전환되도록 보장해야 합니다. 실습에 따르면 3000μF의 커패시턴스이면 충분합니다. 이러한 커패시터는 용접 전류의 교류 성분을 평활화할 수 없으며 필요하지 않습니다. 용접 아크가 연소되면 커패시터 C1의 전압이 1에서 진폭 값으로 맥동합니다. 따라서 커패시터 C10은 이러한 진폭의 전압 리플을 견뎌야 합니다. 산화물 커패시터에서 허용되는 전압 리플의 진폭은 일반적으로 정격 작동 전압의 20~XNUMX%를 초과하지 않는다는 점을 명심해야 합니다. 용접기 정류기에 어떤 스무딩 필터를 사용하는 것이 가장 좋은지에 대한 질문은 논쟁의 여지가 있습니다. 잡지, 특히 인터넷에 게재된 기사의 많은 저자는 용접기의 정류기 필터에 초크를 사용하는 것이 더 낫다고 믿습니다. 예를 들어, 전극이 용접되는 부분에 달라붙는 것을 방지한다는 의견이 있습니다. 그러나 고착의 원인은 대개 용접전원의 힘이 부족하거나 용접을 할 수 없기 때문입니다. 이 경우 저전력 아크는 전극과 부품을 살짝 녹이는데, 강력한 아크를 발생시키기 위해서는 소스의 전력이 부족하다. 결과적으로 전극이 용접되는 부품에 우연히 닿으면 전극의 용융 금속이 더 차가운 부품과 접촉하여 결정화되어 전극이 부품에 용접됩니다. 스로틀은 유휴 모드에서는 에너지를 저장하지 않기 때문에 아크 점화를 촉진할 수 없습니다. 전극이 부품에 닿는 순간 전류가 XNUMX에서 증가하기 시작하고 인덕터가 에너지를 저장하기 시작합니다. 이때 소스의 에너지는 아크 방전을 생성하는 데 사용되지 않고 인덕터의 자기장에 축적됩니다. 비동기 전기 모터를 기반으로 변압기가 만들어진 용접 기계에 대한 설명에서는 일반적으로 고정자 플레이트 패키지 외부에 있는 붕대 스트립과 이러한 플레이트 내부의 돌출부를 제거하는 것이 좋습니다. 이 경우 완성된 변압기는 토로이달 자기 코어가 있는 저전력 변압기와 유사하게 용접기 본체에 장착됩니다. 그러나 용접 변압기는 질량이 커서 작동 중에 매우 뜨거워질 수 있습니다. 이러한 장착을 사용하는 변압기의 무게는 권선의 절연에 압력을 가해 손상 및 인터턴 단락을 초래할 수 있습니다. 이 문제는 전선 절연체의 내열성이 충분하지 않을 때 특히 두드러집니다. 밴딩 스트립과 고정자 플레이트의 돌출부를 제거하는 것은 매우 노동 집약적이며 쓸모가 없을 뿐만 아니라 유해한 작업이기도 합니다. 그러나 고정자 플레이트가 서로 단락되지 않도록 밴딩 스트립을 제거해야 한다고 생각됩니다. 돌출부를 제거할 정당성은 전혀 없습니다. 아마도 이는 자기 회로 창의 면적을 늘리거나 와이어 소비를 약간 줄이기 위해 수행될 것입니다. 그러나 사실 자기 회로 창의 크기는 일반적으로 매우 충분하며 와이어 절감 효과는 매우 적습니다. 판의 돌출부와 붕대는 일반적으로 끌과 망치를 사용하여 제거됩니다. 이렇게 제거한 후에는 플레이트 사이에 많은 전기 접점이 형성되어 자기 회로에 와전류 경로가 생성될 수 있습니다. 전기 모터와 변압기 자기 코어의 환형 부분에 있는 자속은 붕대 스트립을 교차하지 않고 평행하게 흐르며 그 안에 와전류를 생성할 수 없습니다. 유일한 차이점은 모터 고정자에서 자속은 두 부분으로 나뉘어 링 자기 회로의 정반대 부분에서 한 방향으로 흐르는 반면, 변압기에서는 단일 자속이 링을 따라 흐른다는 것입니다. 따라서 변압기에 있는 동일한 자기 회로의 유효 단면적은 모터에 비해 약 XNUMX배 더 작고 전력선의 평균 길이는 더 깁니다. 결과적으로 동일한 전압에 대해 변압기 권선에 필요한 권수는 모터 권선의 권선 수보다 큽니다. 실험적으로 결정하는 것이 좋습니다. 제안된 용접기의 변압기 자기코어 설계는 그림 2에 도시되어 있다. 5. 밴딩 스트립과 고정자 플레이트 탭이 제자리에 남아 있습니다. 고정자 플레이트의 돌출부 사이에서 권선의 회전이 떨어지는 것을 방지하기 위해 두 개의 링 플레이트 3이 패키지 4의 끝 부분에 부착됩니다. 고정자 플레이트의 돌출부 사이에는 고정자 플레이트에서 격리된 2개의 스터드 1가 있습니다( 권선을 절연하기 위해 전기 모터에 사용되는 개스킷이 사용됩니다. 스터드는 내부 나사산이 있는 랙 1에 나사로 고정되어 나무 베이스 2에 고정됩니다. 따라서 변압기 무게로 인한 부하는 와이어 절연을 통하지 않고 랙 XNUMX를 통해서만 베이스 XNUMX로 전달됩니다. 이를 통해 와이어 절연체 변형 및 단락 위험 없이 변압기의 최대 허용 작동 온도를 높일 수 있습니다.
자기 회로의 상부에는 패키지를 조이는 4개의 스터드(6) 중 7개에 비자성 재료(예: 알루미늄)로 만들어진 손잡이(6)가 있는 브래킷(2)이 부착됩니다. 동일한 재료로 브래킷 XNUMX과 랙 XNUMX를 모두 만드는 것이 좋지만 그렇게 할 필요는 없습니다. 와인딩을 위한 더 많은 공간을 확보하려면 XNUMX개의 스터드만 사용하여 정삼각형의 꼭지점에 배치할 수 있지만(위에서 볼 때) 핸들 디자인을 변경해야 합니다. 7,5kW 출력의 비동기 모터의 고정자는 자기 회로 자체로 사용됩니다. 권선 I은 단면적 305mm의 알루미늄 와이어 4회전으로 구성됩니다.2 내화성 플라스틱 단열재. 권선 II는 함께 접힌 단면적 10mm의 APV-10 알루미늄 와이어 XNUMX개로 감겨 있습니다.2 모든. 77턴으로 구성되어 있습니다. 탭은 48번째, 58번째, 69번째 턴에서 이루어집니다. 필요한 회전 수를 결정하기 위해 테스트 권선을 자기 코어에 감고 인덕턴스를 측정했습니다. 그런 다음 권선 I의 회전 수를 계산하여 220Hz의 주파수에서 50Ω의 유도 리액턴스를 얻었습니다. 그 결과, 변압기의 무부하 전류는 약 1A로 나타났다. 그리고, 요구되는 변압비에 기초하여 권선II의 감수를 계산하였다. 변류기 T1은 출력 수직 주사 변압기 TVK-110의 자기 코어에 만들어집니다. 2,5차 권선은 단면적 XNUMXmm의 장착 와이어 XNUMX회전입니다.2. 100차 권선에는 직경 2mm의 PEV-0,5 와이어 XNUMX회가 포함되어 있습니다. 측정 한계 1A에서 PA0,5 측정 헤드로 포인터 아보미터를 사용하는 경우 바늘은 권선 I을 통해 100A의 전류에서 완전히 편향됩니다. 총 편향 전류의 이러한 마진은 다음과 같은 사실로 인해 필요합니다. 용접 공정 중에 측정된 전류는 연속적이고 급격한 변화를 보입니다. 결과적으로 총 편향 전류가 낮은 장치의 바늘이 멈춤 장치에 부딪히는 경우가 많아 측정 메커니즘이 급격히 실패하게 됩니다. 전류 측정 장치는 변압기 T2의 권선 II 회로로 쉽게 전송할 수 있습니다. 그러나 이것이 크게 필요하지는 않습니다. 변환 비율이 알려져 있고 권선 I의 전류를 알면 용접 전류 값을 항상 계산할 수 있습니다. 가변저항기의 저항기 R1-R4는 2kW 전기 가열 코일에서 함께 접힌 XNUMX개의 니크롬선으로 구성됩니다. 이 저항기는 용접기가 작동할 때 매우 뜨거워질 수 있으므로 니크롬선이 통과하는 구멍이 있는 내화 경량 벽돌로 만든 내열 베이스에 설치됩니다. 가변 저항을 더 컴팩트하게 만들려면 벽돌을 두 부분으로 자르고 절반 만 사용할 수 있습니다. 가변 저항 대신 권선에서 여러 번 탭하는 초크를 사용할 수 있습니다. 그러나 인덕터의 질량과 크기는 벽돌과 니크롬선으로 만든 가변 저항보다 훨씬 큽니다. 초크로 용접 전류를 조절하는 가능성은 여러 상황에 따라 달라집니다. 예를 들어, 대량의 용접 작업을 수행하는 경우 초크에 의해 소비되는 유효 전력이 미미하기 때문에 초크는 에너지 소비를 줄이고 결과적으로 비용을 절감합니다. 교류로 용접해야 하는 경우 용접 회로를 A 지점의 와이어 브레이크에 연결해야 합니다(그림 1 참조). 이 경우, 눈에 띄는 발열 없이 용접 전류를 견딜 수 있는 점퍼로 커패시터 C1의 단자를 닫아야 합니다. 이 경우 전류 조정기는 평소와 같이 작동하지만 전압 부스트는 없습니다. 용접 작업을 수행하기 전에 용접기의 작동 모드를 다음 순서로 설정하는 것이 좋습니다. 먼저 용접 아크의 필요한 전력에 따라 스위치 SA2로 필요한 출력 전압을 설정하고 가변 저항 R5 및 R6의 슬라이더를 오른쪽(다이어그램에 따라) 위치로 이동합니다. 그런 다음 스위치 SA1을 원하는 위치에 놓고 장치를 켜지 않은 상태에서 커패시터 C1의 단자를 점퍼로 연결해야합니다. 장치를 네트워크에 연결한 후 가변 저항 R5 및 R6을 사용하여 단락 전류를 필요한 용접 전류보다 30~50% 더 높게 설정합니다. 단락 모드는 2~3초 이하의 단기 모드여야 하며 그 후에는 장치를 네트워크에서 분리하고 커패시터 C1 단자에서 점퍼를 제거해야 합니다. 이제 기계를 다시 켜고 용접을 시작할 수 있습니다. 앞으로는 필요한 경우 가변 저항 R5 및 R6을 사용하여 전류를 조정할 수 있습니다. 다양한 부품의 일반적인 용접 모드는 전문 문헌에 나와 있습니다. 설명된 용접기에 사용된 사이리스터 조정기는 출력 전류의 안정성이 예를 들어 [2]에 설명된 것과 유사하지만 회로가 눈에 띄게 단순합니다. 이는 SCR 제어 전극 회로에 전력을 공급하는 추가 정류기가 없기 때문입니다. 그러나 그림 3에 표시된 다이어그램에 따라 용접기를 제작하면 도입할 수 있습니다. 2. 변압기 T10의 추가 권선 III에는 단면적이 1,5mm인 장착 와이어 XNUMX회전이 포함되어야 합니다.2 (기계적 강도를 위해). 이 경우 커패시터 C5에 의해 평활화 된 저항 R1의 정류 전압은 약 10V입니다. 사이리스터 제어 전극의 전류는 가변 저항 R5 슬라이더의 위치에 따라 맥동하지 않지만 일정합니다.
문학
저자: A. 세르게예프
곤충용 에어트랩
01.05.2024 지구 자기장에 대한 우주 쓰레기의 위협
01.05.2024 벌크 물질의 고형화
30.04.2024
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