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昇圧装置とスムーズな電流調整機能を備えた溶接機。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / 電気技師のハンドブック 読者には、製造が簡単で動作の信頼性が高い溶接機の説明が提供されます。 直流でも交流でも溶接が可能で、どちらの場合も段階的に調整できるだけでなく、スムーズな調整が可能です。 アークの点火を促進するために、電圧ブースターが備えられています。 現在、多種多様な溶接機が販売されています。 ポータブル溶接機（いわゆるインバータ）は直流のみで動作します。 非専門的な使用を目的とした安価なモデルは、電力が比較的低く、信頼性も十分ではありません。 大電力低周波トランスを使用した溶接機は主に産業用に生産されています。 これらは通常、出力が高く、重量と寸法が大きく、比較的高価です。 さらに、長期間の連続運転が可能です。 このような機械の溶接電流は、追加のチョークのインダクタンスまたは溶接変圧器自体の漏れインダクタンスを変更することによって、滑らかにまたは段階的に調整されます。 質量が大きく、価格が高いため、このようなデバイスを個人（非専門家）使用のために購入するのは非現実的です。 低周波トランスを搭載した安価な低電力溶接機も販売されています。 ただし、巻線のアクティブ抵抗は、必要な負荷特性の形成に関与します。 したがって、このような溶接機は動作中に非常に高温になります。 溶接変圧器を自作する人もたくさんいます。 このためには、適切な磁気コアと巻線のみが必要です。 しかし、高品質の溶接を実行するには、自家製の機械に電流の種類 (直流または交流) を選択し、溶接電流を調整する機能が必要です。 さらに、低電圧でのアーク点火を促進するために、装置に昇圧装置を設けることが推奨されます。 以下は、非同期三相電気モーターの固定子に基づいた変圧器を備え、上記の要件を確実に満たす、シンプルで信頼性の高い溶接機について説明します。 これには、アマチュア無線の文献やインターネットで以前に説明されているものと比較して、パフォーマンスが大幅に向上し、製造の複雑さが軽減される多くの重要な機能があります。 装置図を図に示します。 1. 主電源電圧は、ワイヤ抵抗器 R1 ～ R4 とスイッチ SA1 で構成されるステップ レオスタットを介して溶接変圧器 T2 の巻線 I に供給されます。 このユニットは変流器 T1、ダイオード整流器 VD1、VD2、測定ヘッド PA1 で構成され、ネットワークから消費される電流を測定します。 変圧器 T2 の巻線 II からスイッチ SA2、ダイオード vD5、VD7 およびサイリスタ VS1、VS2 の全波整流器を介して電圧が溶接回路に供給されます。
整流器は溶接電流調整器と組み合わされます。 可変抵抗モーター R5 と R6 が図の右端の位置にある場合、変圧器 T1 の巻線 II の瞬時電圧値がゼロとわずかに異なるときにサイリスター VS2 と VS2 が開きます。 この場合、現在のカットオフ角は 180 度に近くなります。 溶接電流は最大になります。 これらの抵抗のスライダーを左に動かすと、SCR VS1 と VS2 の開放電圧が増加し、電流カットオフ角が 90 度に減少します。 その結果、溶接電流が最大値の約半分に低減されます。 制御抵抗の抵抗値がさらに増加すると、整流器 SCR が開かなくなるため、出力電圧と電流はゼロになります。 トランジスタ VT1 は制御電流アンプとして機能します。 これを回路から除外することはできますが、その場合、抵抗器 R5 と R6 の抵抗値を約 30 分の 5 に下げる必要があります。 この場合、抵抗器 R6 と RXNUMX は、いくつかのモードで数ワットの電力を消費します。 許容消費電力が十分に大きい可変抵抗器を見つけるのは難しいため、レギュレータにトランジスタ電流アンプを備えた高抵抗抵抗器を使用することにしました。 XNUMX つの可変抵抗器を直列に接続することで、広範囲の電流変化にわたってスムーズな電流調整を行うことが可能になりました。 一部の溶接機は、サイリスタ電流レギュレータを使用しています。これは、ゼロから最大までの電流の変化に対応する、0 ～ 180 度の範囲でカットオフ角度を滑らかに変化させます。 このようなレギュレータの SCR は、原則として短いパルスを使用して制御されます。 しかし、これらのレギュレータはより複雑であり、微分抵抗が低い負荷 (溶接アークや充電バッテリ) に対しては十分に安定して動作しません。 不安定性は、レギュレーターノブの位置が変わらない場合、出力電流が指定された平均値に対して無秩序に変化するという事実に現れます。 サイリスタが直流を制御するレギュレータは、このような条件下でより安定して動作します。 さらに、溶接電流調整器は溶接電流を調整する必要がありますが、溶接機の出力電圧の振幅は調整する必要はありません。 そして、カットオフ角が90度から0度に変化したとき。 整流器の出力における電圧パルスの振幅が減少しますが、これはアーク点火の条件が悪化するため望ましくないことです。 サイリスタ レギュレータを複雑にすることなく電流調整の限界を拡張するために、このデバイスには抵抗 R1 ～ R4 に強力なステップ レオスタットが装備されています。 このような加減抵抗器は、溶接変圧器の二次巻線回路に組み込まれることがよくあります。 しかし、一次巻線と直列に接続すると、いくつかの利点が得られます。 特に、この場合の変圧器はより低い電圧で動作するため、発熱が少なくなります。 さらに、この場合、レオスタット抵抗器の製造のための高抵抗線の選択が容易になり、スイッチ SA1 として最大 30 A の電流に対応する標準的なパケット スイッチを使用できます。 昇圧回路はダイオード VD3 をベースとした半波整流器で、白熱灯 EL1 が電流制限器として直列に接続されています。 アイドル モード (溶接アークが点灯していないとき) では、コンデンサ C1 はスイッチ SA3 のどの位置でもダイオード VD76 を介して約 2 V の電圧まで充電されます。 ランプの冷たいフィラメントの抵抗は最小限であるため、コンデンサ C1 は急速に充電されます。 アークが点火した後、コンデンサ C1 の両端の電圧は小さくなります。 このモードでは、ダイオード VD3 を流れる電流は、フィラメントが加熱するにつれて増加するランプ EL1 の抵抗によって制限されるため、電流はダイオードの許容範囲内に留まり、溶接電流はわずかに増加します。 昇圧器は非常に便利な装置です。 アークが存在せず、溶接機の出力の開回路電圧が低いと、アークが点火しにくくなり、溶接工の生産性が低下し、非常に疲れてしまいます。 昇圧器を使用せずに無負荷電圧を上げると、溶接機の効率が大幅に低下し、電気ネットワークの負荷が増加します。 しかし、多くの場合、昇圧ユニットは複雑すぎるため、十分な効果が得られない場合があります。 たとえば、[1] では、このユニットは、アークが燃焼すると、インダクタのアクティブ抵抗によってのみ制限され、かなり大きな電流が昇圧回路に流れることができるように設計されています。 この電流を許容範囲内に保つために、ブースト電圧は小さい値 (10 ～ 12 V) に選択されるため、効率が低下します。 昇圧器が無負荷電圧を 80 ～ 90 V に上昇させることが望ましいです。 さらに、[1] に記載されているデバイスでは、アーク点火の瞬間の出力電流はインダクタの誘導リアクタンスによって制限され、その形成がさらに複雑になります。 実際には、溶接整流器の出力にコンデンサを取り付けたときにアークが最もよく点火されることがわかっています。 整流器にアンチエイリアシング フィルターがまったくない場合、結果はわずかに悪くなります。 しかし、平滑化フィルタがチョークのみで構成されているか、チョークで終わっている場合、アークの点火が最も困難になります。 コンデンサ C1 の静電容量は、火花放電が確実に低電力アークに急速に移行するようなものでなければなりません。 実際には、これには 3000 μF の静電容量で十分であることが示されています。 このようなコンデンサは溶接電流の交流成分を平滑化することができないため、その必要はありません。 溶接アークが燃えると、コンデンサ C1 の電圧がゼロから振幅値まで脈動します。 したがって、コンデンサ C1 はこのような振幅の電圧リップルに耐える必要があります。 酸化物コンデンサの電圧リップルの許容振幅は、通常、定格動作電圧の 10 ～ 20% を超えないことに留意してください。 溶接機の整流器でどの平滑フィルタを使用するのが最適かという問題には議論の余地があります。 雑誌、特にインターネットに掲載された記事の著者の多くは、溶接機の整流器フィルタにチョークを使用する方が良いと考えています。 たとえば、その存在により、溶接される部品に電極が固着するのを防ぐという意見があります。 しかし、固着の原因は溶接電源のパワー不足（あるいは溶接不能）であることが多いです。 この場合、低出力のアークにより電極と部品がわずかに溶けますが、強力なアークを生成するにはソースに十分な出力がありません。 その結果、電極が溶接中の部品に誤って接触すると、電極の溶融金属がより冷たい部品と接触して結晶化し、電極がその部品に溶接されます。 アイドルモードではエネルギーが蓄積されないため、スロットルはアーク点火を促進できません。 電極が部品に触れた瞬間、電流はゼロから増加し始め、インダクタはエネルギーを蓄積し始めます。 このとき、ソースのエネルギーはアーク放電の生成には使用されず、インダクタの磁界に蓄積されます。 変圧器が非同期電気モーターに基づいて作られている溶接機の説明では、通常、ステータープレートパッケージの外側にある包帯ストリップとこれらのプレートの内側にある突起を取り除くことが推奨されます。 この場合、完成した変圧器は、トロイダル磁気コアを備えた低電力変圧器と同様に、溶接機の本体に取り付けられます。 しかし、溶接トランスは質量が大きいため、動作中は非常に高温になる可能性があります。 このような取り付けによる変圧器の重量により、巻線の絶縁に圧力がかかり、損傷やターン間短絡が発生する可能性があります。 この問題は、電線の絶縁体の耐熱性が不十分な場合に特に顕著になります。 ステーター プレートのバンディング ストリップや突起を除去するのは非常に労力がかかり、無駄なだけでなく有害ですらあります。 しかしながら、バンドストリップがステータプレート同士を短絡させないように、バンドストリップを取り外す必要があると考えられている。 突起物を除去する正当な理由はまったくありません。 おそらくこれは、磁気回路の窓の面積を増やすか、ワイヤの消費量をわずかに減らすために行われます。 しかし、実際には、磁気回路の窓のサイズは、原則として非常に十分であり、配線の節約は非常にわずかです。 プレートと包帯の突起は、通常、ノミとハンマーを使用して除去されます。 この除去後、プレート間に多くの電気接触点が形成され、磁気回路内に渦電流の経路が生じる可能性があります。 電気モーターと変圧器の磁気コアの環状部分の磁束は、包帯ストリップと交差せずに平行に流れ、包帯ストリップに渦電流を生成することはできません。 唯一の違いは、モーターのステーターでは磁束が XNUMX つの半分に分割され、リング磁気回路の正反対のセクションを一方向に流れるのに対し、トランスでは単一の磁束がリングに沿って流れることです。 したがって、変圧器内の同じ磁気回路の有効断面積はモーターよりも約 XNUMX 倍小さくなり、電力線の平均長は長くなります。 その結果、同じ電圧の場合、トランス巻線の必要な巻数はモーター巻線の巻数よりも多くなります。 実験的に決めるのが良いでしょう。 提案した溶接機のトランスの磁心の設計を図に示します。 2. バンド ストリップとステーター プレートのタブは所定の位置に残されます。 巻線のターンがステータ プレートの突起の間に落ちないように、5 つのリング プレート 3 がパッケージ 4 の端に取り付けられています。ステータ プレートの突起の間には、ステータ プレートから隔離された 2 つのスタッド 1 があります (巻線を絶縁するために電気モーターで使用されていたガスケットが使用されます)。 スタッドは、雌ネジを備えたラック 1 にねじ込まれ、木製のベース 2 に固定されています。したがって、変圧器の重量による負荷は、ワイヤの絶縁体を通してではなく、ラック XNUMX を通してのみベース XNUMX に伝達されます。 これにより、ワイヤ絶縁体の変形や短絡の危険を冒さずに、変圧器の最大許容動作温度を上げることができます。
磁気回路の上部には、パッケージを締め付ける４本のスタッド４のうちの２本に、非磁性体（例えばアルミニウム）製のハンドル７を備えたブラケット６が取り付けられている。 ブラケット 4 とラック 6 の両方を同じ材料で作成することをお勧めしますが、これはあまり必要ありません。 巻き線のためのスペースを増やすには、スタッドを 7 つだけ使用し、(上面図で) 正三角形の頂点に配置することができますが、その場合はハンドルのデザインを変更する必要があります。 出力7,5kWの非同期モーターのステーターを磁気回路そのものとして使用しています。 巻線 I は、断面積 305 mm のアルミニウム線を 4 回巻いたもので構成されています。2 耐火プラスチック断熱材に。 巻線 II は、断面 10 mm の APV-10 アルミニウム ワイヤ XNUMX 本を折り重ねて巻かれています。2 毎。 77ターンが含まれています。 タップは 48、58、69 ターン目から行われます。 必要な巻き数を決定するために、テスト巻線を磁気コアに巻き付け、そのインダクタンスを測定しました。 次に、220 Hz の周波数で 50 オームの誘導リアクタンスが得られるように巻線 I の巻数を計算しました。 その結果、トランスの無負荷電流は約1Aとなりました。そして、必要な変圧比に基づいて巻線IIの巻数を計算しました。 変流器 T1 は、出力垂直走査変圧器 TVK-110 の磁気コア上に作られています。 一次巻線は、断面積 2,5 mm の取り付けワイヤを XNUMX 回巻いたものです。2。 二次巻線には、直径 100 mm の PEV-2 ワイヤが 0,5 回巻かれています。 ポインタアボメータを 1 A の測定限界で PA0,5 測定ヘッドとして使用する場合、その針は巻線 I を流れる 100 A の電流で完全に偏向されます。このような合計偏向電流のマージンが必要なのは、溶接プロセス中、測定される電流は連続的に急激に変化します。 その結果、総偏向電流が低いデバイスの針はストップに当たることが多く、測定機構の急速な故障につながります。 電流測定ユニットは、トランス T2 の巻線 II の回路に簡単に移すことができます。 しかし、これはあまり必要ありません。 変圧比は既知であり、巻線 I の電流がわかれば、溶接電流の値を常に計算できます。 加減抵抗器の抵抗器 R1 ～ R4 は、2 kW の電気加熱コイルから折り畳まれた XNUMX 本のニクロム線でできています。 これらの抵抗器は、溶接機の動作中に非常に高温になる可能性があるため、ニクロム線を通すための穴を備えた耐火軽量レンガで作られた耐熱ベースに取り付けられます。 加減抵抗器をよりコンパクトにするには、レンガを XNUMX つの部分に切り、半分だけを使用します。 レオスタットの代わりに、巻線から数回タップするチョークを使用できます。 しかし、インダクタの質量と寸法は、レンガとニクロム線で作られた加減抵抗器よりもはるかに大きくなります。 チョークを使用して溶接電流を調整できるかどうかは、いくつかの状況によって異なります。 たとえば、大量の溶接作業を行う場合、チョークによって消費される有効電力はわずかであるため、チョークによってエネルギー消費が削減され、その結果コストも削減されます。 交流で溶接する必要がある場合は、溶接回路を点 A の断線に接続する必要があります (図 1 を参照)。 この場合、コンデンサ C1 の端子は、目立った加熱なしに溶接電流に耐えることができるジャンパで閉じる必要があります。 この場合、電流レギュレータは通常どおり動作しますが、電圧ブーストは行われません。 溶接作業を行う前に、次の順序で溶接機の動作モードを設定することをお勧めします。 まず、溶接アークの必要な電力に応じて、スイッチ SA2 を使用して必要な出力電圧を設定し、可変抵抗器 R5 と R6 のスライダーを右（図に従って）位置に移動します。 次に、スイッチSA1を希望の位置に置き、デバイスの電源を入れずに、コンデンサC1の端子をジャンパで接続する必要があります。 デバイスをネットワークに接続したら、可変抵抗器 R5 および R6 を使用して、短絡電流を必要な溶接電流より 30 ～ 50% 大きく設定します。 短絡モードは 2 ～ 3 秒以内の短時間である必要があり、その後デバイスをネットワークから切断し、コンデンサ C1 の端子からジャンパを外す必要があります。 これで、再び機械の電源を入れて溶接を開始できます。 将来的には、必要に応じて可変抵抗器 R5 および R6 を使用して電流を調整できます。 さまざまな部品の典型的な溶接モードは専門文献に記載されています。 記載されている溶接機で使用されているサイリスタ レギュレータは、出力電流の安定性の点で、たとえば [2] に記載されているものと同様ですが、回路は著しく単純です。 これは、SCR 制御電極回路に電力を供給するための追加の整流器がないためです。 しかし、図に示す図に従って溶接機を構築することで導入できます。 3. トランス T2 の追加巻線 III には、断面積 10 mm の取り付けワイヤを 1,5 回巻く必要があります。2 （機械的強度のため）。 この場合、コンデンサ C5 によって平滑化された抵抗 R1 の整流電圧は約 10 V になります。サイリスタの制御電極の電流は脈動せず、可変抵抗 R5 スライダーの位置に応じて一定になります。
文学
著者: A. セルゲイフ
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