Наиболее распространенным типом среди сварочных трансфор­маторов промышленного изготовления являются всевозможные ва­рианты П-образных трансформаторов. Немудрено, что именно этот тип трансформатора завоевал наибольшую популярность и среди са­модельных конструкций. Его отличительными особенностями явля­ются хорошие сварочные характеристики и относительная простота в изготовлении. Основные части любого трансформатора — катушки и набор магнитопровода здесь обычно собираются отдельно друг от друга, что удобно, и лишь в конце объединяются в единую конструк­цию. Раздельное изготовление каждой катушки не только упрощает процесс сборки, но и повышает добротность и надежность конструк­ции, так как в этом случае возможно применить и рационально раз­местить более жесткие провода большего сечения. Надо отметить, что подобной эффективностью при сборке отличаются далеко не все типы конструкций самодельных трансформаторов.

Магнитопровод П-образного трансформатора состоит из набора пластин и имеет прямоугольную форму с катушками с обеих сторон на длинных частях плеч. Методика для расчета оптимального вари­анта такого трасформатора была представлена в предыдущей главе. Однако в самодельных конструкциях чаще всею Используется белее свободный подбор параметров обмоток и магнитопровода, которые могут сильно отличаться от рекомендуемых стандартной методикой значений, что, надо сказать, не сильно ухудшает сварочные характе­ристики трансформатора в целом. В этом случае можно пользоваться упрощенной методикой расчета, приведенной ранее.

Чаще всего наиболее дефицитным элементом самодельной кон­струкций является магнитопровод. Поэтому сварочные трансформа­торы обычно мотаются исходя из имеющегося на руках магнитопро­вода. Сечение набора пластин при этом может лежать в интервале 25...60 см2. Геометрические размеры, грубо говоря, можно огово­рить так: минимальный — такой, чтобы влезли катушки с проводом; максимальный — такой, чтобы можно было поднять.

Магнитопровод П-образного трансформатора собирается из пла­стин двух типов: одинаковой ширины и толщины, но разной длины. Более длинные пластины идут под плечи катушек; короткие на замы­кающие плечи. Хотя и это условие может быть нарушено, на худой конец, магнитопровод можно собрать из пластин одинаковой длины, тогда он получится квадратным. Ухудшение сварочных характери­стик в этом случае не будет слишком заметно, хотя заметной может оказаться прибавка В весе менее рацинально собранного железа. При сборке направление пластин может чередоваться — одна через одну; или же можно чередовать пакетами по три пластины, последнее рас­пространено при промышленной сборке. Хотя при ручной сборке на­бор пакетами по три не даст ощутимых преимуществ: во-первых, придется сортировать пластины по три штуки, а во-вторых, нужно будет потом еще отсчитывать по три пластины в наборе всей пачки при установке заключительного плеча.

В самодельных и бытовых конструкциях главным образом отра­батываются самые простые схемы П-образного сварочного транс­форматора, по большей части с компоновкой обмоток (рис. 2.1). По­лучившие распространение в промышленных аппаратах, более слож­ные схемы с подвижными обмотками, магнитным шунтированием магнитопровода, интегрированным в магнитопровод дросселем в бы­ту, как правило, не используются ввиду сложности реализации и зна­чительной прибавки в весе.

Если схема трансформатора выполнена по (рис. 2.1), то на проти­воположных плечах в идеале должно размещаться ровно по полови­не первичной и вторичной обмоток трансформатора. Однако на

практике это может быть и не так, особенно если катушки выполне­ны с регулирующими отводами.

Теоретически схема (рис. 2.1) считается схемой силового транс­форматора, у которого магнитное рассеивание минимально, — в идеале его внешняя характеристика должна устремляться в сторону жесткой. Однако, как многие уже успели испытать на практике, в ре­альной жизни нет ничего идеального. На самом деле такие трансфор­маторы обладают нормальными сварочными характеристиками, да­же если они выполнены на компактных магнитопроводах с плотно сидящими обмотками, то и при этом не приходится прибегать к ка­ким-либо дополнительным средствам улучшения горения дуги. Под­тверждение тому — тысячи изготовленных и успешно эксплуатируе­мых самодельных конструкций, выполненных по подобной схеме. Кроме того, эта схема может обеспечить наивысший КПД, а значит, максимальную выходную мощность сварки. Тем более что характе­ристику вполне можно подправить сразу же в процессе изготовле­ния, увеличив магнитное рассеивание путем добавления воздушных зазоров между слоями обмоток.

Кроме приведенных выше схем реже используются и другие спо­собы расположения обмоток {рис. 2.2,2.3). Что это может дать? Рас­смотрим два крайних случая (рис. 2.1), (рис. 2.2, а). Первый транс­форматор выполнен по традиционной схеме, и его характеристики многим известны, у второго обмотки разнесены по разным плечам — этот случай достаточно редкий. Для примера я приведу характеристи­ки П-образного трансформатора, который изготавливался на одном и том же магнитопроводе сначала по одной, а потом по другой схеме расположения обмоток. Трансформатор этот намотан на магнитопро­воде с внешними размерами 15,4 х 18 см, сечение — 34,5 см2. Его первичная обмотка и в первом и во втором случае содержала 260 вит­ков 02,4 мм, вторичная имеет выход на 47 В при холостом ходе.

В первом случае (рис. 2.1) трансформатор развивал в дуговом ре­жиме ток около 160 А, а отношение тока сварки к току короткого за­мыкания у него было типично для таких сварочных трансформато­ров, т. е. — 1,5... 1,6. При разнесенных обмотках (рис. 2.2, а) средний выходной ток при сварке приближался к значению около 100 А, дуга горела мягко и устойчиво,-ток же короткого замыкания в этом случае превышал ток сварки всего-то на 10...20%. Налицо совершенно раз­личные характеристики двух схем трансформаторов при аналогич­ных обмоточных данных и значительная разница в мощности.

В промышленных технологиях считается, что чем меньше при­рост тока при коротком замыкании, тем лучше. Это справедливо в том случае, если сварка ведется длинными швами на хорошо подго­товленных поверхностях при четко установленном токе и длине ду­ги. Невысокий ток короткого замыкания уменьшает риск прожечь металл, особенно при работе с электродами небольшого диаметра и изящными изделиями из тонкой стали. А вот при резке металла, ко­гда требуется «выдуватй» дугой излишки металла, невысокий ток ко­роткого замыкания как раз некстати. Это справедливо и в том случае, если приходится варить массивные изделия с неровными краями на предельном для трансформатора и электрода токе.

Однако может существовать и промежуточный вариант располо­жения обмоток, к тому же иногда он бывает чрезвычайно целесооб­разен (рис. 2.3). В этом случае часть вторичной обмотки намотана поверх первичной, а оставшаяся часть на противоположном плече, где витков первичной нет. При промежуточном варианте достигается больший прирост тока короткого замыкания по сравнению со схемой (рис. 2.2, а), но меньшая мощность, чем в случае типичного транс­форматора (рис. 2.1). Зачем такое может понадобиться? В бытовых условиях чрезмерная мощность трансформатора (180...200 А) в принципе не нужна, особенно если обмотки выполнены слабыми проводом. Как известно, для уменьшения мощности следует увели­чивать количество витков первичной обмотки, что влечет за собой увеличение числа витков и вторичной, — приходится больше мотать провода, провод занимает место. В компактных магнитопроводах может оказаться, что места для лишних витков попросту нет. Тогда придет на помощь комбинированная схема (рис. 2.3), когда уменьше­ние мощности ведется не за счет витков, а за счет иного расположе­ния обмоток. При этом одна секция вторичной обмотки может содер­жать 30...60% от полного числа вторичных витков. Чем большая часть витков вторичной обмотки расположена поверх первичной, тем большей будет выходная мощность при сварке.

Теперь коснемся некоторых практических моментов изготовле­ния П-Образного трансформатора общего характера. Выгодное отли­чие П-образного трансформатора в том, что катушки можно изгото­вить отдельно от магнитопровода. В некоторых других типах само­дельных сварочных трансформаторов так поступить нельзя, о чем будет сказано далее, что, конечно же, усложняет процесс изготовле­ния. Перед намоткой катушек сначала для них необходимо изгото­вить каркасы, куда и будет укладываться провод. В простейшем случае каркас может быть сделан из нескольких слоев толстого кар­тона, свернутого в 'виде короба. Но лучше каркас сделать из более жесткого материала: ДВП, текстолита, фанеры и т. д. Внутренние размеры каркаса делаются несколько большими, чем сечение магни­топровода, хотя бы по бокам так, чтобы между ними оставались за­зоры по несколько миллиметров. В зазоры потом забиваются фик­сирующие колышки.

При намотке катушки внутрь каркаса необходимо временно по­местить какой-нибудь жесткий материал, заполняющий весь его внутренний объем, обычно дерево. При укладке жесткого провода придется прилагать значительные усилия, это может деформировать и испортить каркас, именно поэтому и требуется временная внутрен­няя набивка. Ни в коем случае нельзя использовать один сплошной деревянный брус—если его сильно ужмет, то потом невозможно бу­дет извлечь нз каркаса без риска Повреждения готовой обмотки. Луч­ше вставить 2., .3 сложенных вместе доски; тогда одну из них всегда можно будет безболезненно удалить, после чего выйдут и остальные.

Боковые щечки на каркасах сварочных трансформаторов можно не делать, они будут только препятствовать оттоку тепла из внут­ренних слоев обмоток. Однако каждый слой провода необходимо надежно фиксировать. Для этого под слой провода в 3...4 местах с разных сторон поперек виткам ложатся отрезки киперной ленты из ткани или грубые веревочки, после завершения слоя лента стдгива - ется и завязывается, таким образом витки надежно фиксируются друг к другу.

Между слоями провода укладывается изоляция. Это может быть лакоткань, киперная или лента из стеклоткани. В некоторых случаях межслоевая изоляция может занимать значительный объем и препят­ствовать охлаждению трансформатора, что особенно актуально для компактных конструкций с ограниченным объемом магнитопровода. В последнем случае в качестве межслоевой изоляции можно исполь­зовать несколько слоев обычного скотча, что почти не добавляет объема обмотки. Однако перед употреблением скотч необходимо проверять, отбирая наиболее крепкие и грубые ленты, избегая тонко­го и ветхого материала. ПХВ-Изоленту лучше внутри обмоток не ис­пользовать, так как при нагреве она становится мягкой и может по­степенно продавливаться проводами.

Некоторые авторы рекомендуют пропитывать готовые обмотки специальным пропиточным лаком или же покрывать слои провода эмалевой краской. Но здесь нужно учитывать, что пропиточный лак по технологии сохнет только при высокой температуре, для чего ис­пользуются сушильные шкафы. Применение красок и лаков может привести к отрицательным последствиям в будущем, если предпола­гается перемотка катушек, полностью такую возможность в само­дельном трансформаторе исключить' нельзя. Высохшая Краска на­мертво склеивает витки обмотки и часто их рассоединение возможно только вместе с сдиранием собственной изоляционной оболочки провода, после чего провод приходите негодность.

Между слоями провода и между обмотками рекомендуется встав­лять поперечные планки толщиной 7... 10 мм. Планки служат прежде всего для образования внутри обмоток воздушных зазоров, через ко­торые будет выходить Теплый воздух, таким образом, улучшится вентиляция и температурный режим трансформатора. Кроме того, зазоры увеличивают объем катушек, а значит, и магнитное рассеива­ние трансформатора, что самым положительным образом сказывает­ся на его сварочных характеристиках. Планки могут быть изготовле­ны из дерева или какого-либо другого диэлектрического материала. Их ставят несколько штук по длине витка катушки с определенными интервалами. В компактных магнитопроводах с внутренней стороны планки не ставятся, чтобы не занимать лишний объем окна. Имеет смысл устанавливать планки через каждые два слоя провода (кроме первогр слоя), тогда каждый слой одной стороной будет выходить на воздушный зазор (рис. 2.4).

В некоторых случаях, если размеры магйитопровода позволяют, легче изготовить каркас для обмоток круглого сеченгія, особенно ес­ли есть отрезки подходящей картонной или пластмассовой трубы. Мотать на круглом каркасе легче, тем более обеспечивается лучшая сохранность провода, так как теперь отсутствуют прямые изгибы ^а углах. Увеличенные зазоры между каркасом и магнитопроводом за­полняются деревянными кольями соответствующих размеров и фор­мы (рис. 2.5).

На завершающей стадии сборки классического П-образного трансформатора готовые катушки одеваются на уже сложенный П-образный фрагмент магнитопровода, после чего набиваются пла­стины заключительного верхнего плеча. Потом магнитопровод плот­но стягивается на краях с помощью пластин и шпилек, а в зазоры ме­жду каркасами катушек и железом забиваются фиксирующие ко­лышки. В некоторых случаях пластины имеют на краях отверстия, что дает возможность стягивать магнитопровод шпильками сквозь отверстия по его углам. В этом случае шпильки следует изолировать: натянуть кембрик, обмотать изолентой или просто покрасить. Также следует обязательно изолировать шпильки и гайкшот стягивающих пакеты пластин, подложив в места сопряжения изолирующие шайбы. Если этого не сделать, то будет иметь место ситуация, аналогичная короткозамкнутому витку, и, как следствие, разогрев магнитопрово­да, падение мощности и ухудшение свойств трансформатора.

Чаще всего именно магнитопровод является наиболее дефицит­ным материалом при изготовлении сварочного трансформатора. Для самодельных конструкций обычно используются пакеты пластинок

трансформаторного железа, снятые с негодных одно - и трехфазных промышленных трансформаторов разного назначения. Однако, если с железом особенно туго, для изготовления П-образного трансфор­матора можно использовать и крупные Ш-образные пластины. Для чего из последних зубилом вырубаются средние сегменты, в резуль­тате из них получаются П-образные пластины (рис. 2.6). Недостаток такого решения в том, что теперь, если катушки мотать отдельно от магнитопровода, при сборке их можно будет посадить лишь на ко­роткие плечи, так как у большинства Ш-образных трансформаторов ширина пластины больше высоты. Я испробовал такой трансформа­тор, магнитопровод которого (34,5 см2) был собран из переделанных пластин (154 х 180 мм), взятых из двух Ш-образных трансформато­ров. В процессе изготовления было принято решение устанавливать катушки, как и положено, на длинные плечи; поэтому обмотки нама­тывались на уже собранный магнитопровод, каждый виток протяги­вался через окно. Вторичная обмотка была изготовлена из гибкого многожильного провода, собранного из жил диаметром 0,85 мм об­щим сечением 20 мм2. Технология изготовления гибких шин провода была описана ранее. Испытания показали высокий КПД и выходную мощность трансформатора такого конструктивного типа.

Определяющим моментом в процессе изготовления является вы­бор сечения магнитопровода и расчет витков обмоток. Методики рас­чета сварочных трансформаторов приведены в предыдущей главе. Так как обычно трансформатор мотается на том материале, который уже есть, то задающим звеном здесь обычно является магнитопровод. Причем при самостоятельном изготовлении обычно стремятся не сколько собрать оптимальную схему со/ласно стандартной методике, сколько сэкономить на материале. Как известно, количество витков

обмоток обратно пропорционально площади сечения магнитопрово - да: чем больше сечение набора железа, тем меньше провода придется мотать, а значит, можно сэкономить на проводе, но за это придется платить немалым излишком веса трансформаторного железа. В слу­чае П-образного трансформатора сечение магнитопровода выставля­ется количеством вставленных в пакеты пластинок трансформатор­ного железа. Не имеет смысла делать магнитопроводы сечением больше 60 см2, оптимальным же является сечение, близкое к 30 см2.

Конечные участки первичной обмотки имеет смысл выполнить с несколькими отводами через 15...25 витков, тогда можно будет под­регулировать мощность трансформатора (рис. 2.7). Вторичную об­мотку следует рассчитать так, чтобы при включении в сеть макси­мального количества витков первичной обмотки, т. е. при минималь­ной мощности, выходное напряжение приближалось к 50 В, в крайнем случае к 42 В. Тогда при уменьшении через отводы количества рабо­тающих витков первичной обмотки напряжение на выходе будет по­вышаться вместе с увеличением мощности.

0---------

1

0-------

0------

0-------

Принципиальное значение имеет способ соединения между собой находящихся на разных плецах обмоток. Так как магнитный поток в магнитопроводе циркулирует, то взаимное направление потоков в' противоположных плечах должно быть соответственно направлено в разные стороны относительно их продольных осей. Это значит, что направление течения тока в витках катушек на разных плечах должно быть в разные стороны: в одной — за часовой стрелкой; в другой - против часовой. Имеет смысл намотать все обмотки в одну сторо-. ну — сделать их одинаковыми. Тогда для осуществления вышеука­занных условий обмотки на разных плечах нужно будет соединить между собой началами, что удобно. Последние же верхние витки бу­дут включаться в питающую или сварочную цепь, соответственно
для первичной или вторичной обмоток. Если обмотки соединить не­правильно — в противофазе, то в случае первичной — трансформа­тор возьмет непомерный ток и будет сильно гудеть при включении; для вторичной — выходное напряжение будет близко к нулю.

В этом разделе были рассмотрены основные практические мо­менты в изготовлении наиболее распространенного в промышленно­сти и в быту П-образного типа сварочного трансформатора. Но дале­ко не всегда в бытовых условиях желающим собрать сварку удается достать специально предназначенный для мощных трансформаторов магнитопровод из набора пластин. В этом случае часто можно найти выход, например, переоборудовав некоторые достаточно распро­страненные электрические устройства, которые до того ничего обще­го со сваркой, а то и вообще с трансформаторами не имели...