Сварочный трансформатор своими руками. Сварочный аппарат из статоров электродвигателей

Часто тороидальные сварочные трансформаторы мотают на магнитопроводе, взятом от вышедшего из строя крупного асинхронного трехфазного электродвигателя. Асинхронные электродвигатели наиболее распространены в промышленности и в оборудовании среди других типов двигателей. Для изготовления сварочного трансформатора подходят двигатели мощностью, близкой 4 кВт и более.

Конструкция асинхронного электродвигателя достаточно проста - состоит он из вращающегося на валу ротора и неподвижного статора, впрессованного в металлический корпус электродвигателя. Соединяется все это двумя боковыми крышками, стянутыми между собой шпильками. Разобрать его очень просто, достаточно открутить гайки на шпильках крышек. В данном случае для нас интерес представляет только статор.

Статор состоит из набора пластин железа - магнитопровода круглой формы с установленными на нем обмотками. Форма магнитопровода статора не совсем кольцевая, с внутренней стороны у него есть продольные пазы, в которые и уложены обмотки двигателя. У различных марок двигателей даже одинаковой мощности могут быть статоры с различными геометрическими размерами. Для изготовления трансформаторов лучше подходят те, у которых диаметр корпуса побольше, а длина, соответственно меньше.

Самая важная для нас часть в статоре - кольцо магнитопровода, все остальное только мешает. Магнитопровод запрессован в чугунный или алюминиевый корпус двигателя. В пазы магнитопровода плотно уложены провода, которые необходимо удалить. Сделать это лучше, когда статор находится еще запрессованным в корпусе. Для этого с одной стороны статора все выходы обмоток бывшего двигателя обрубаются под торец острым зубилом. С противоположной стороны провод обрезать не следует - там обмотки образуют что-то вроде петель, за которые можно будет вытянуть провода. С помощью монтировки или массивной отвертки изгибы петель провода подваживаются и вытаскиваются по несколько проводков за один раз. Торец корпуса двигателя при этом служит упором, создавая рычаг. Провода выходят легче, если их сначала обжечь. Обжигать можно паяльной лампой, направляя струю пламени строго вдоль паза. Здесь надо следить, чтобы не перегреть железо статора, иначе оно может потерять свои электротехнические качества. Чугунный корпус потом легко разрушить - несколько ударов хорошего молотка, и он расколется - главное не перестараться в этом деле. Можно сделать вдоль корпуса два пропила болгаркой или ножовкой.

При удалении корпуса сразу надо обратить внимание на способ скрепления набора пластин магнитопровода. Пластины могут быть скреплены между собой в единый пакет, а могут быть просто уложены в корпус и зажаты с торца стопорной шайбой. В последнем случае, при удалении обмоток и разрушении корпуса не скрепленный магнитопровод рассыплется на пластинки. Чтобы этого не произошло, еще до полного разрушения корпуса, пакет пластин необходимо скрепить воедино. Их можно стянуть шпильками сквозь пазы. Слишком большой по площади набор пакета магнитопровода, что характерно для особенно крупных двигателей, также нежелателен, так как это огромный вес. Все лишнее железо нужно отделить перед окончательной сборкой магнитопровода, возможно, его хватит даже на два трансформатора.

Иногда можно услышать, что оставшиеся пазы обмоток надо тоже набить трансформаторным железом, якобы для увеличения площади магнитопровода. Делать это ни в коем случае нельзя: иначе свойства трансформатора резко ухудшатся, он начнет потреблять непомерный ток, а его магнитопровод будет сильно греться даже в режиме холостого хода. Все-таки испещренная пазами форма многим не нравится. И некоторые рекомендуют полностью вырубить выступы пазов остро заточенным зубилом, при этом работать нужно в очках, а поблизости не должно быть бьющихся предметов. Несомненно, после такой архисложной операции улучшится как форма магнитопровода, так и после удаления бесполезных элементов уменьшится его вес. Однако на сварочные свойства трансформатора пазы в общем-то влияют мало - сварочные характеристики остаются хорошими. По этой причине в большинстве своем никто пазов этих не трогает.

Если кольцо магнитопровода двигателя уже надежно скреплено и отделено от обмоток и корпуса, то оно плотно изолируется (несколькими слоями киперной ленты), при этом особое внимание обращается на острые углы на краях пазов. Лучше сначала положить на торцы магнитопровода вырезанные из жесткого диэлектрического материала кольца, чтобы закрыть пазы и перекрыть их острые углы.

Кольцо статора имеет внушительные размеры - если внутренний диаметр порядка 150 мм, то в такой можно уложить провод значительного сечения, не беспокоясь о запасе места. Площадь поперечного сечения такого магнитопровода периодически меняется по длине кольца из-за пазов, внутри паза ее значение намного меньше. Именно на это эффективное меньшее значение и следует ориентироваться при расчете количества витков первичной обмотки.

Первичная обмотка наматывается по всему изолированному статору.

Первичная обмотка изолируется киперной лентой.

Поверх первичной обмотки наматывается вторичная.

При намотке вторичной обмотки тороидального трансформатора, её желательно укладывать так, чтобы она не перекрывала последнею часть первичной, тогда первичную обмотку всегда можно будет домотать или отмотать при окончательной настройке. Такой трансформатор можно намотать и с разнесенными на разные плечи обмотками. В этом случае можно всегда иметь доступ к каждой из них, но в этом случае будет больше теряться мощность.

При использовании содержания данного сайта, нужно ставить активные ссылки на этот сайт, видимые пользователями и поисковыми роботами.

Тем, кто еще не обзавелся сварочным аппаратом (СА), рекомендую изготовить его самостоятельно на базе вышедшего из строя асинхронного электродвигателя. Затраты минимальные, а вот результат...

Экспериментируя с разными СА, я убедился, что погоня за мощным аппаратом (присущая, как правило, новичкам) далеко не всегда экономически оправдана. Для большинства работ на дому вполне подойдет «сварочник», сделанный на базе статора асинхронного электродвигателя мощностью 1-1,5 кВт, имеющего магнитопровод с поперечным сечением 40 см2. Для подключения к бытовой сети 220 В с выдачей на дугу сварочных 40, 50 и 60 В первичная обмотка такого СА должна иметь 220 витков, а вторичная - 60, с отводами от 40-го и 50-го «шинных» витков.

Рис.1. Сварочный аппарат из статора неисправного асинхронного электродвигателя:

1 - основание электроизоляционное; 2 - клемма (6 шт.); 3 - хомут; 4 - обмотка вторичная (60 витков утолщённой шины жгута из 9-15 проводов ПЭВ2 суммарным сечением медных жил 30-35 мм2, обмотанного изолентой на тканевой основе, отводы от 40-го и 50-го витков); 5 - изоляция межслойная (2 слоя льняной или хлопчатобумажной ткани с последующей пропиткой бакелитовым лаком); 6 - обмотка первичная (220 витков шины - жгута из 3-6 проводов ПЭВ2 суммарным сечением медных жил 6-8 мм2, обмотанного изолентой на тканевой основе); 7 - изоляция усиленная (исполнение - как у п. 5, но изолирующих слоев в два раза больше); 8 - тор-магнитопровод; 9 - ручка.

После того как статор окажется у вас в руках, не торопитесь срубать или выжигать обмотку. Ведь она в большинстве случаев вполне пригодна как исходный материал для «многоамперных шин», необходимых сварочному аппарату.

Статорная обмотка у большинства асинхронных двигателей - это несколько перекрывающих друг друга секций. Укладка каждой из них выполнена в соответствующих пазах магнитопровода. Внимательно осмотрев статор, определите, какая из секций была уложена последней. С неё и начните демонтаж.

Прежде всего попытайтесь выбить клинья (обычно деревянные), которыми витки обмотки закреплены в пазах. Если это не удастся сделать с помощью подручных средств» воспользуйтесь приспособлением в виде ножа особой конфигурации, изготовленного из полотна слесарного лобзика.

Рис.2. Нож для удаления клиньев из паза статора.

Технология здесь проста. Двигая нож на себя, снимите стружку с клина, добиваясь расчленения его на части. После удаления образовавшихся обломков начните виток за витком извлекать из пазов саму секцию. Делайте это осторожно и неторопливо; в последовательности, обратной заводской укладке. С высвобождением последней секции размотайте провода и выпрямите, получая отрезки длиной от 20 до 30 м. Из них и составьте шины требуемого сечения.

Так, для получения шины первичной (сетевой) обмотки СА необходимо сложить вместе 3-6 проводов-заготовок, чтобы суммарное сечение медных жил составило 6-8 мм2. Образовавшийся жгут следует обмотать по всей длине изолентой на тканевой основе. Вполне приемлемы и длинные изолирующие полосы, сшитые (склеенные) из обрезков льняной или хлопчатобумажной ткани. Сгодится даже бумажная лента, нарезанная, скажем, из почтовых или цементных мешков.

Чтобы работа по изготовлению изолированной шины шла споро, исходный пучок проводов перевяжите в нескольких местах шпагатом и сверните в бухту диаметром 600-800 мм. Саму же ленту наложите под углом к жгуту, чтобы каждый последующий её виток перекрывал половину предыдущего, а изоляция получалась двухслойной. Применяя ткань или бумагу, не забывайте, что эти материалы нуждаются в последующей пропитке бакелитовым лаком или какой-либо (исключая водоэмульсионную) краской.
Аналогичным образом изготовьте и шину для вторичной обмотки сварочного трансформатора. Только вот проводов в её составе должно быть столько, чтобы суммарное сечение медных жил равнялось 30-35 мм2.

Теперь о доработке магнитопровода. Суть её сводится к тому, чтобы у базового статора при помощи молотка и зубила удалить перемычки между секциями. А образующиеся при этом острые кромки сгладить напильником. Готовый магнитопровод покрывается несколькими слоями изоляции по приведенной выше технологии.

Для облегчения намотки введите провод в сердечник и вращайте все кольцо до тех пор, пока последний виток не окажется свободно надетым на тор-сердечник «сварочника». Получатся как бы два взаимосвязанных звена разнородной (стальной магнитопровод и медная бухта) цепи.

Рис.3. Укладка витков шины, свёрнутой в бухту, на тор-магнитопровод с усиленной изоляцией.

Намотку шин трансформатора лучше выполнять вдвоём. Сначала зажмите в тисках край магнитопровода, затем просуньте через центр тора конец шины, свернутой в бухту, и, аккуратно поворачивая последнюю, добейтесь, чтобы получилось как бы два соединенных друг с другом звена цепи. Закрепив начало первичной обмотки на поверхности тора шпагатом, продолжайте вращать шину, плотно укладывая витки на изолированный магнитопровод.

За первым слоем витков следует укладка облегчённой изоляции, пропитка получившегося «бутерброда» разжиженным бакелитовым лаком или разбавленной краской. Потом - новый слой обмотки, распределяемый равномерно по всей поверхности тора с последующей изоляцией. Витки укладываются строго радиально.

Завершает первичную (сетевую) обмотку 220-й виток. Далее идет вторичная (сварочная). Укладывайте её, предварительно сделав усиленную многослойную изоляцию. Всего в этой обмотке, как уже отмечалось, 60 (с петлевыми отводами от 40-го и 50-го) витков.
Общее правило: если вдруг выяснится, что провод (шина) короче, чем требуется, то наращивание следует выполнять снаружи обмотки, должным образом оформив для этого соответствующие выводы.

Дизайн самодельного сварочного трансформатора зависит от возможностей автора-исполнителя. Один из наиболее простых и приемлемых вариантов - «боковое» закрепление «сварочника» на изоляционном основании незамысловатым хомутом с ручкой для переноски.

Для трансформатора подойдет любой неисправный электромотор. Лучше использовать двигатель мощностью не менее 7,5 кВт, с числом оборотов в минуту 740-960, т.к. диаметр его ротора больше, чем у более скоростных. Соответственно, больше внутренний диаметр сердечника. Электродвигатель разбирается, из него вынимается статорная обмотка. Затем корпус статора разбивается и из него извлекается пакет железа.

Мне приходилось изготавливать такой сварочный аппарат. Если корпус чугунный, тогда проще просверлить по длине корпуса победитовым сверлом ряд отверстий и кувалдой расколоть корпус. Удобно использовать тонкое зубило, применяя его как клин. После разборки корпуса ножовкой или «болгаркой» срезать обмотку и по пазам выбить провод. Проще срезать старую обмотку с одной стороны, а с противоположной стороны выдернуть, используя, например, монтировку.

После этого железо тщательно изолируется киперной лентой. Далее на железо наматываются необходимые обмотки – точно так, как на О-образный сердечник, т.е. помощью челнока. Для уточнения числа витков предварительно намотать провод сечением не менее 1,5 мм 2 в количестве 20 витков. Затем на эту обмотку подают напряжение 12 В и при помощи амперметра (предел измерения 5 А) измеряют протекающий ток. Ток должен быть около 2 А. Если ток меньше, то количество витков уменьшают, и наоборот.

После этого можно определить необходимое количество витков на 1 вольт делением полученного числа витков на 12.

Немалая сложность состоит в выполнении вторичной обмотки. Желательно применить провод в стеклянной изоляции и для вторичной обмотки использовать провод ПЭТВ-2 диаметром 2,36 мм, который складывается 7 раз. Сечение вторичной обмотки получится около 17 мм 2 .

Первичная обмотка также была выполнена проводом диаметром 2,36 мм, сложенным вдвое. Можно использовать любой провод диаметром от 1,5 до 2,5 мм, предварительно пересчитав по его сечению необходимое количество проводников в витке.

Вначале наматывается первичная обмотка на 220 В, затем все остальные. Особое внимание обратите на качество изоляции между обмотками. Сделав отвод во вторичной обмотке для получения напряжения 13 вольт и поставив диоды, получаем пусковое устройство для автомобиля. Напряжение во вторичной обмотке около 60–70 В. Если осталось место после укладки обмоток, то можно сделать еще точечную сварку. Например, сделав 4 витка медной полосой сечением 40×5 мм. Толщина железа, скрепляемого точечной сваркой, – 1,5 мм. При этих параметрах сварочный аппарат успешно работает электродами диаметром 3–5 мм.

Дополнение

Применяемые в промышленности асинхронные электродвигатели имеют статор в виде тороидального пакета железа, выполненного из электротехнической стали. Форма статорного магнитопровода имеет сложную форму с пазами различной конфигурации. Магнитопровод электродвигателя обычно запрессован в чугунный или алюминиевый корпус. Для изготовления сварочного аппарата можно использовать трехфазные асинхронные электродвигатели различной мощности. Желательно применять тихоходные и мощные электродвигатели 4–18 кВт с внутренним диаметром кольца 150 мм и внешним – 2400 мм. Высота кольца магнитопровода – 122 мм. Эффективная площадь магнитопровода в этом случае – 29 см 2 . Первичная обмотка содержит 315 витков медного провода диаметром 2,2 мм. Вторичная обмотка рассчитана на 50 вольт и выполнена из нескольких проводов общим сечением 22 мм 2 . Первичная обмотка намотана в два с лишним слоя. Вторичная уложена на ½ длины кольца. Общий вид трансформатор показан на рисунке 1. Вес аппарата около 40 кг. Ток сварки порядка 180 А.

Рис.1

В своих записях я нашел расчеты, которые помогут вам в разработках. К сожалению, в библиотеке я не нашел оригиналов издания. Предложен расчет по оптимальным параметрам, исходя из того, что ток холостого хода не должен превышать I х.х. <0,3 А. Тогда при S сеч. =45 см 2 число витков первичной обмотки равно 220, а вторичной -50 + 20.

Если данные вашего тора отличаются от номинальных параметров, тогда данные пересчитываются. Например, S сеч. =30 см 2 . Тогда число витков первичной обмотки равно:

n 1 = (S ном. /S ) · 220.

Т.е. n 1 = (45/30) · 220 = 330 витков.

Данные расчетов сведены в таблицу, где.

При разработке конструкции и изготовлении своих аппаратов,- рассказывает О. Лавров, - я использовал прежние публикации разных журналов. Начал с изготовления сварочного «малыша» из автотрансформатора «Латр» на 9А, используя его обмотку а качестве сетевой. Для вторичной обмотки специального обмоточного провода в хлопчатобумажной или стеклотканевой изоляции я не нашел, поэтому пришлось использовать гибкий многожильный провод в виниловой изоляции с суммарным сечением медных жил 6 мм 2 . Изготовленный мною «малыш» позволял получить сварочный ток до 140А, но очень сильно перегревался даже при использовании всего одного электрода ∅3 мм.

В связи с этим в опытах по дальнейшему усовершенствованию сварочного аппарата для изготовления магнитопроводов были использованы статоры асинхронных трехфазных электродвигателей. В результате удалось изготовить аппарат, который позволяет вести сварку электродами диаметром от 2 до 5 мм и даже до 6 мм, обеспечивая величину сварочного тока до 200 А при напряжении на холостом ходу 56 В, имеет небольшие размеры - 350x350x200 мм и весит не более 20...25 кг. Кроме того, он прост по конструкции, а предлагаемая технология изготовления позволяет выполнить все работы в условиях домашней мастерской.

Для изготовления магнитопровода удобно использовать статор асинхронного трехфазного электродвигателя мощностью от 4 до 6 кВт. Статор необходимо освободить от корпуса, отлитого из алюминиевого сплава, который легко раскалывается несколькими ударами тяжелого молотка. Далее необходимо удалить из внутренних пазов статорные обмотки. Для этого достаточно спилить выступающие части обмоток с одного из торцов ножовкой по металлу, а затем с противоположного торца оставшиеся части обмоток просто вытягиваются из пазов целиком или по частям.

Освободившиеся от обмоток Т-образные зубцы с внутренней стороны статора надо удалить с помощью зубила и зачистить неровности абразивным кругом. Применять для удаления зубцов газо- или электросварку недопустимо.

На рис. 1 указаны размеры заготовки сердечника, которые должны получиться после выполнения перечисленных операций. Эти размеры необходимо учитывать при выборе статора. Площадь поперечного сечения тороидального сердечника S AB =A·В (см 2), равная произведению высоты сердечника в сантиметрах на его толщину А (в сантиметрах), является величиной, определяющей все основные характеристики будущего сварочного аппарата. Оптимальное значение S AB =20...25 см 2 . При использовании статоров рекомендованных выше двигателей высота заготовки В обычно оказывается равной 150...200 мм, из такой заготовки удается получить магнитопроводы для двух аппаратов.

После удаления зубьев и скругления острых кромок абразивным кругом торообразный сердечник необходимо обмотать хлопчатобумажной изоляционной лентой. Чтобы исключить повреждение и замыкание сетевой обмотки, изоляционную ленту необходимо стремиться накладывать плотно и равномерно без пропусков так, чтобы соседние витки перекрывали друг друга.

Сварочный аппарат должен иметь две независимые и изолированные друг от друга обмотки. Принципиальная электрическая схема приведена на рис. 2. Первичная обмотка рассчитывается на подключение к сети 220 В. К вторичной обмотке подключаются держатель электрода и свариваемая деталь. Эта обмотка должна быть рассчитана на напряжение 56 В, а для того, чтобы иметь возможность регулировать силу сварочного тока, необходимо предусмотреть дополнительные отводы с напряжением 50, 44, 38 и 32 В.

Число витков первичной обмотки п , можно определить по формуле:

Для выполнения первичной обмотки лучше всего использовать специальный медный обмоточный провод в стеклотканевой изоляции с площадью поперечного сечения 2...3 мм 2 . Такие провода можно найти, разобрав старые электродвигатели. Но можно использовать и алюминиевые провода с поперечным сечением в 1,65 раза больше, чем медных. Я, например, с успехом использовал для сетевой обмотки двужильный алюминиевый провод в виниловой изоляции сечением 2...2,5 мм 2 .

Необходимо усилить изоляцию на первом слое первичной обмотки, подложив под ребра тора магнитопровода полоски картона с надрезами.

Первичная обмотка с помощью челнока равномерно, виток к витку, укладывается по длине окружности тороидального магнитопровода и изолируется одним-двумя слоями хлопчатобумажной изоляционной ленты. Непосредственно на этот слой изоляции укладывается вторичная обмотка.

Число витков вторичной обмотки можно рассчитывать по формуле:

Корпус сварочного аппарата изготавливается из двух квадратных щитов 10-ти миллиметровой фанеры (рис. 3). Длина сторон квадрата должна на 20...30 мм превышать наибольший диаметр тороидального сердечника с обмотками. Щиты стягиваются шестью шпильками с резьбой М8. Эти же шпильки используются в качестве клемм для подключения выводов вторичной обмотки. Центральное отверстие диаметром 30 мм необходимо для вентиляции. Соединение между шпильками и выводами трансформатора следует выполнить гибким многожильным проводом с сечением не менее 10 мм2 Два отрезка такого же провода длиной по 10 м можно использовать для подключения держателя электрода и свариваемой детали к аппарату. Для сетевых выводов подойдут любые гибкие провода с сечением 1,5...4,0 мм 2 .

Наличие отводов вторичной обмотки с шагом 6 В позволяет подключить к аппарату любую нагрузку, рассчитанную на напряжение 6, 12, 18, 24, 32, 38, 44, 50 или 56 В и потребляющую при этом токдо 200 А. Так, например, подключив к выводам 44 и 56 выпрямитель, рассчитанный на ток 200 А, получим на выходе выпрямителя постоянный ток с напряжением 12 В для запуска от сети стартером двигателя легкового автомобиля.

От редакции. Описаний сварочных аппаратов, способов их изготовления и применяемых для этого материалов опубликовано уже немало. Но мы решили продолжить разговор на эту волнующую, по-видимому, многих наших читателей тему. Выбирая для этого материал, принесенный в редакцию москвичом О. Лавровым, надеемся, что заинтересованные читатели увидят в нем и интересные находки, и новые идеи.

Хотелось бы сделать лишь самые общие замечания, но... о самом главном: об электробезопасности!

Сварочный аппарат устроен просто, но, как и любой другой прибор с питанием от сети переменного тока, должен отвечать определенным требованиям. Одно из основных состоит в том, что все элементы конструкции прибора, которые при его включении оказываются под напряжением более 12 В, должны быть либо изолированы, либо закрыты изолирующим или металлическим (но заземленным) корпусом. Следуя этому требованию, выводы вторичной обмотки трансформатора следует подключить к простейшей клеммной сборке, например, из болтов М8 с гайками и закрыть крышкой, а все переключения можно выполнять только после отключения аппарата от сети.

Другое требование, которым не следует пренебрегать при изготовлении сварочного аппарата, является обязательное наличие предохранителя в цепи сетевой обмотки. Это может быть либо промышленный предохранитель любой конструкции на ток 25...50 А либо простейший самодельный.

И еще одно замечание, которое относится не только к описанной выше конструкции. Стремление наших авторов к созданию легких и компактных сварочных аппаратов приводит к высокой напряженности теплового режима работы обмоток трансформатора. В то же время, недоступность обмоточных проводов большого сечения со специальной термостойкой изоляцией вынуждает применять провода, предназначенные для прокладки электроосветительных сетей. Выбор здесь весьма ограничен. Удовлетворительной теплостойкостью обладают лишь провода в резиновой или резино-тканевой изоляции. И совершенно непригодны для работы при повышенной температуре в обмотках трансформатора провода в поливинилхлоридной (ПВХ) изоляции. Этот изоляционный материал при повышении температуры теряет механическую прочность, расплавляется и, в конце концов, вытекает из обмотки, оставляя плотно уложенными виток к витку голые провода. Последствия очевидны - короткое замыкание. Поэтому ПВХ изоляцию с проводов лучше снять и обмотать их по всей длине хлопчатобумажной изоляционной лентой.