Trasformatore di saldatura fai da te
Oggi è difficile immaginare la costruzione e la creazione di varie strutture metalliche senza l’uso di trasformatori di saldatura. L’elevata affidabilità delle connessioni delle strutture e la facilità di esecuzione del lavoro hanno permesso alla saldatrice di prendere saldamente il suo posto nell’arsenale di qualsiasi costruttore. Puoi acquistare un tale trasformatore in qualsiasi negozio di ferramenta. Ma non sempre il modello di fabbrica può soddisfare determinate richieste e requisiti. Pertanto, molti stanno cercando di realizzare da soli un trasformatore per la saldatura. La produzione di un trasformatore di saldatura fatto in casa avviene in più fasi, dai calcoli all’installazione.
Per comprendere l’intero processo di realizzazione di un trasformatore per la saldatura con le proprie mani, è necessario comprendere il principio del suo funzionamento, che consiste nel convertire una tensione di 220 volt in una tensione inferiore fino a 80 volt. In questo caso, la forza attuale aumenta da 1,5 Ampere a 160 – 200 Ampere e nell’industria fino a 1000 Ampere. Questa dipendenza per un trasformatore di saldatura è anche chiamata caratteristica di abbassamento del volt-ampere ed è una delle caratteristiche fondamentali dell’apparato. È sulla base di questa dipendenza che viene costruita l’intera struttura del trasformatore di saldatura e vengono eseguiti tutti i calcoli necessari e sono stati creati vari modelli di saldatrici..
Tipi di trasformatori fatti in casa per la saldatura
Sono passati più di duecento anni dalla scoperta del fenomeno dell’arco elettrico e dalla creazione della prima saldatrice. Durante tutto questo tempo, il trasformatore di saldatura e i metodi di saldatura sono stati migliorati. Oggi è possibile vedere diversi modelli di saldatrici, di varia complessità e principio di funzionamento. Tra questi, i più popolari per la produzione fai-da-te sono un trasformatore di saldatura per saldatura a resistenza e per arco.
Trasformatore per saldatura ad arco
I trasformatori per saldatura ad arco sono i più diffusi tra gli artigiani. Ci sono diverse ragioni per questa popolarità. Innanzitutto, il design semplice e affidabile dell’apparato. In secondo luogo, una vasta gamma di applicazioni. In terzo luogo, semplicità e portabilità. Ma oltre ai vantaggi sopra descritti, la saldatura ad arco manuale presenta una serie di svantaggi, tra cui i principali sono la bassa efficienza e la dipendenza della qualità della saldatura dall’abilità del saldatore..
La saldatura ad arco manuale è spesso ampiamente utilizzata per vari lavori di riparazione e costruzione, la produzione di strutture metalliche e parti di strutture, saldatura di tubi. Con l’aiuto della saldatura ad arco, è possibile sia il taglio che la saldatura di metalli di vari spessori.
Il design di tali trasformatori è abbastanza semplice. Il dispositivo è costituito dal trasformatore stesso, dal regolatore di corrente, dal supporto per gli elettrodi e dalla pinza di terra. Separatamente, vale la pena evidenziare l’elemento centrale: il trasformatore. Il suo design può essere di diversi tipi, ma i più popolari sono i trasformatori di saldatura fatti in casa con un circuito magnetico toroidale e a forma di U. Intorno al nucleo magnetico ci sono due avvolgimenti di un filo di rame o alluminio: primario e secondario. A seconda delle caratteristiche prestazionali, cambia lo spessore del filo sugli avvolgimenti, così come il numero di spire.
Trasformatore per saldatura a punti
Questo tipo di saldatura è anche chiamato saldatura a resistenza e i trasformatori di saldatura a resistenza sono leggermente diversi dalle saldatrici ad arco. La differenza fondamentale risiede nel metodo di saldatura. Quindi, se nella saldatura ad arco, la fusione avviene con l’aiuto di un arco elettrico che si forma tra l’elettrodo e la superficie da saldare, quindi nella saldatura a resistenza, il riscaldamento a punti della saldatura con elettricità viene eseguito utilizzando due elettrodi di rame affilati e alta pressione per il connessione. Di conseguenza, il metallo dei pezzi in lavorazione nel punto di impatto si scioglie e si fonde.
La saldatura a punti ha trovato ampia applicazione nell’industria automobilistica, nella costruzione durante la creazione di un telaio da rinforzo per strutture in cemento armato, saldatura di fogli sottili di alluminio, acciaio inossidabile, rame e altri metalli che richiedono condizioni speciali per la saldatura.
Anche il design dei trasformatori per la saldatura a punti presenta alcune differenze. In primo luogo, riguarda l’assenza di elettrodi depositati. Vengono invece utilizzati contatti appuntiti in rame, tra i quali si trovano gli elementi da saldare. In secondo luogo, i trasformatori in tali dispositivi sono meno potenti e sono realizzati con un nucleo a forma di U. In terzo luogo, le saldatrici a contatto hanno una serie di condensatori nel loro design, che non è necessario per la saldatura ad arco..
Ma indipendentemente dal fatto che tu abbia intenzione di realizzare una saldatura ad arco o un trasformatore di resistenza, devi conoscere le loro caratteristiche prestazionali. E capisci di cosa è responsabile ognuno di loro e come puoi cambiare questa o quella caratteristica.
Caratteristiche dei trasformatori di saldatura
Le prestazioni di un trasformatore di saldatura sono determinate dalle sue caratteristiche prestazionali. Sapendo e comprendendo di cosa è responsabile questa o quella caratteristica, puoi facilmente calcolare il trasformatore di saldatura e assemblare il dispositivo con le tue mani.
Tensione di rete e numero di fasi
Questa caratteristica indica la tensione della rete da cui verrà alimentato il trasformatore di saldatura. Molto spesso, i trasformatori di saldatura fatti in casa sono progettati per una tensione di 220 V, ma a volte può essere di 380 V. Quando si eseguono calcoli e si crea un circuito, questo parametro è uno dei principali.
Corrente nominale di saldatura del trasformatore
Questa caratteristica è fondamentale per qualsiasi trasformatore di saldatura. La capacità di saldare e tagliare un pezzo metallico dipende dal valore della corrente di saldatura nominale. Nei trasformatori di saldatura fatti in casa e per uso domestico, il valore della corrente nominale non supera i 200 A. Ma questo è più che sufficiente, soprattutto perché più alto è questo indicatore, maggiore è il peso del trasformatore stesso. Ad esempio, nei trasformatori di saldatura industriali, la corrente di saldatura può raggiungere i 1000 A e il peso di tali dispositivi sarà superiore a 300 kg..
Limiti di regolazione della corrente di saldatura
Quando si saldano metalli di diverso spessore, è necessaria una certa forza di corrente, altrimenti il metallo non si fonderà. Per questo, viene fornito un regolatore nella progettazione dei trasformatori di saldatura. Molto spesso, i limiti di regolazione sono impostati in base alla necessità di utilizzare elettrodi di un certo diametro. Per le saldatrici ad arco fatte in casa, i limiti di regolazione vanno da 50 A a 200 A. Per i trasformatori di saldatura a resistenza, i limiti di controllo partono da 800 A a 1000 A e oltre.
Diametro dell’elettrodo
Per saldare metalli di diverso spessore utilizzando la stessa saldatrice ad arco, è necessario regolare la corrente di saldatura nominale e utilizzare anche elettrodi di diverso diametro. Dovrebbe essere chiaramente compreso che la saldatura con elettrodi sottili richiede una bassa intensità di corrente e, per quelli più spessi, al contrario, una grande. Lo stesso vale per lo spessore del metallo. La tabella seguente mostra una sintesi dei diametri degli elettrodi utilizzati, in funzione dello spessore del metallo e dell’amperaggio del trasformatore..
Importante! Per i trasformatori per saldatura a resistenza è importante anche il diametro degli elettrodi. Ma allo stesso tempo vengono utilizzati due parametri: il diametro dell’elettrodo stesso e il diametro della sua parte a forma di cono..
Tensione nominale di lavoro
Come già sappiamo, un trasformatore di saldatura lavora per abbassare la tensione di ingresso ad un valore inferiore. La tensione di uscita è chiamata nominale e non supera gli 80 volt. Per i trasformatori per saldatura ad arco, l’intervallo di tensione nominale è compreso tra 30 e 70 volt. Inoltre, questa caratteristica non è regolabile ed è impostata inizialmente. I trasformatori per saldatura a punti, a differenza di quelli ad arco, hanno una tensione nominale ancora più bassa dell’ordine di 1,5 – 2 Volt. Tali indicatori sono abbastanza naturali, data la relazione tra tensione e corrente. Maggiore è l’amperaggio, minore è la tensione.
Modalità operativa nominale
Questa performance è una delle chiavi. La modalità di funzionamento nominale indica per quanto tempo si può lavorare ininterrottamente e quanto occorre per farlo raffreddare. Per i trasformatori di saldatura autocostruiti, la modalità nominale è nell’intervallo del 30%. Cioè, su 10 minuti, 3 possono essere cotti continuamente e lasciati riposare per 7 minuti..
Consumo energetico e potenza
In effetti, questi due indicatori hanno scarso effetto. Ma conoscendo entrambi questi indicatori, puoi calcolare l’efficienza del trasformatore di saldatura. Minore è la differenza tra consumo energetico e potenza erogata, meglio è. Va notato che durante l’esecuzione dei calcoli, il valore del consumo energetico deve essere noto e preso in considerazione..
Tensione a circuito aperto
Questo indicatore è importante per i trasformatori di saldatura ad arco. È responsabile dell’aspetto dell’arco. Maggiore è questa cifra, più facile è innescare l’arco di saldatura. Ma la tensione a circuito aperto è limitata dalle norme di sicurezza e non deve superare gli 80 volt.
Schema del trasformatore di saldatura
Quando crei un trasformatore per la saldatura con le tue mani, non puoi fare a meno del suo diagramma schematico. Infatti, non ci sono particolari difficoltà in questo, tanto più che il dispositivo del trasformatore stesso è abbastanza semplice. Lo schema seguente mostra il trasformatore di saldatura ad arco più semplice.
Importante! Coloro che sono poco esperti o non comprendono affatto i circuiti elettrici dovrebbero prima familiarizzare con GOST 21.614 “Immagini grafiche condizionali di apparecchiature elettriche e cablaggi nell’originale”. E solo allora procedere alla creazione di un circuito per un trasformatore di saldatura.
Con lo sviluppo dell’ingegneria e della tecnologia elettrica, il circuito del trasformatore di saldatura è stato migliorato. Oggi, nelle saldatrici fatte in casa, puoi vedere ponti a diodi e vari regolatori della forza della corrente di saldatura. Lo schema del trasformatore di saldatura ad arco sotto mostra come il ponte a diodi è integrato in esso..
Importante! Il più popolare tra i trasformatori di saldatura ad arco fatti in casa è toroidale. Un tale dispositivo ha eccellenti caratteristiche prestazionali, che sono un ordine di grandezza superiore a quello dei trasformatori con un nucleo a forma di U. Ciò vale principalmente per l’alta efficienza e la corrente nominale, che ha un effetto benefico sul peso totale del dispositivo..
A differenza di quelli sopra descritti, il circuito del trasformatore di saldatura a punti è più complesso e può includere condensatori, tiristori e diodi. Questo riempimento consente un controllo più preciso dell’intensità della corrente, nonché del tempo di saldatura a contatto. Di seguito è riportato uno schema approssimativo di un trasformatore di saldatura a resistenza..
Oltre ai suddetti schemi di saldatrici, ce ne sono altri. Trovarli non sarà difficile. Sono pubblicati sia su Internet che in varie riviste e libri sull’ingegneria elettrica. Avendo ottenuto lo schema che più ti piace, puoi iniziare a calcolare e montare il trasformatore di saldatura.
Calcolo del trasformatore per saldatura
Come già descritto, il trasformatore è costituito da un nucleo e due avvolgimenti. Sono questi elementi strutturali che sono responsabili delle prestazioni di base del trasformatore di saldatura. Sapendo in anticipo quale dovrebbe essere la corrente nominale, la tensione sugli avvolgimenti primari e secondari, nonché altri parametri, il calcolo viene eseguito per gli avvolgimenti, la sezione del nucleo e del filo.
Quando si calcola il trasformatore per la saldatura, vengono presi come base i seguenti dati:
- tensione primaria U1. In effetti, questa è la tensione di rete da cui opererà il trasformatore. Può essere 220V o 380V;
- tensione nominale dell’avvolgimento secondario U2. Tensione elettrica, che dovrebbe essere dopo aver abbassato l’ingresso e non superiore a 80 V. Necessaria per innescare l’arco;
- corrente nominale dell’avvolgimento secondario I. Questo parametro viene selezionato in base a quali elettrodi verranno saldati e quale spessore massimo del metallo può essere saldato;
- area della sezione trasversale del nucleo Sс. L’affidabilità dell’apparato dipende dall’area del nucleo. L’area della sezione trasversale ottimale va da 45 a 55 cm2;
- zona finestra Così. L’area della finestra principale viene selezionata in base alla buona dissipazione magnetica, all’eccessiva dissipazione del calore e alla comodità dell’avvolgimento del filo. I parametri da 80 a 110 cm2 sono considerati ottimali;
- densità di corrente nell’avvolgimento (A / mm2). Questo è un parametro piuttosto importante responsabile delle perdite elettriche negli avvolgimenti del trasformatore. Per i trasformatori di saldatura fatti in casa, questa cifra è 2,5 – 3 A.
Come esempio di calcolo, prendiamo i seguenti parametri per un trasformatore di saldatura: tensione di rete U1 = 220 V, tensione dell’avvolgimento secondario U2 = 60 V, corrente nominale 180 A, area della sezione centrale Sc = 45 cm2, area della finestra So = 100 cm2 , densità di corrente nell’avvolgimento 3 A.
La prima cosa da calcolare è la potenza del trasformatore stesso:
P = 1,5 * Sñ * Quindi = 1,5 * 45 * 100 = 6750 W o 6,75 kW.
Importante! In questa formula, il coefficiente 1,5 è applicabile per i trasformatori con un nucleo di tipo P, Sh.Per i trasformatori toroidali, questo coefficiente è 1,9 e per i nuclei di tipo PL, SHL 1,7.
Successivamente, calcoliamo il numero di spire per ciascuno degli avvolgimenti. Per fare ciò, per prima cosa calcoliamo il numero di giri per 1 V secondo la formula K = 50 / Sñ = 50/45 = 1,11 giri per ogni Volt consumato.
Importante! Come nella prima formula, il coefficiente 50 viene utilizzato per i trasformatori con un nucleo di tipo P, Sh.Per i trasformatori toroidali, sarà 35 e per i nuclei di tipo PL, SHL 40.
Ora calcoliamo la corrente massima sull’avvolgimento primario secondo la formula: Imax = P / U = 6750/220 = 30,7 A. Resta da calcolare le spire in base ai dati ottenuti.
Per calcolare i giri, usiamo la formula Wx = Ux * K. Per l’avvolgimento secondario, questo sarà W2 = U2 * K = 60 * 1,11 = 67 giri. Per il calcolo principale, eseguiremo un po ‘più tardi, poiché lì viene utilizzata una formula diversa. Molto spesso, soprattutto per i trasformatori toroidali, viene eseguito il calcolo dei passi di regolazione della corrente. Questo viene fatto per far uscire il filo in una curva specifica. Il calcolo viene eseguito secondo la seguente formula: W1st = (220 * W2) / Ust.
In cui si:
Ust – tensione di uscita dell’avvolgimento secondario.
W2 – giri dell’avvolgimento secondario.
W1st – giri dell’avvolgimento primario di un certo stadio.
Ma prima, è necessario calcolare la tensione di ogni stadio Ust. Per fare ciò, usa la formula U = P / I. Ad esempio, dobbiamo realizzare quattro stadi con regolazione a 90 A, 100 A, 130 A e 160 A per il nostro trasformatore da 6750 W. Sostituendo i dati nella formula, otteniamo U1st1 = 75 V, U1st2 = 67,5 V, U1st3 = 52 V, U1st4 = 42,2 V.
Sostituiamo i valori ottenuti nel modulo per il calcolo dei giri per i passi di regolazione e otteniamo W1st1 = 197 giri, W1st2 = 219 giri, W1st3 = 284 giri, W1st4 = 350 giri. Aggiungendo un altro 5% al valore massimo dei turni ottenuti per la 4° tappa, si ottiene il numero reale di turni – 385 turni.
Infine, calcoliamo la sezione del filo sugli avvolgimenti primario e secondario. Per fare ciò, dividiamo la corrente massima per ciascun avvolgimento per la densità di corrente. Di conseguenza, otteniamo Sperv = 11 mm2 e Svtor = 60 mm2.
Importante! Il calcolo del trasformatore di saldatura a resistenza viene eseguito allo stesso modo. Ma ci sono una serie di differenze significative. Il fatto è che la corrente nominale dell’avvolgimento secondario per tali trasformatori è dell’ordine di 2000 – 5000 A per quelli a bassa potenza e fino a 150.000 A per quelli potenti. Inoltre, per tali trasformatori, la regolazione viene eseguita fino a 8 passaggi utilizzando condensatori e un ponte a diodi..
Installazione del trasformatore di saldatura
Avendo in mano tutti i calcoli e lo schema, puoi iniziare ad assemblare il trasformatore. Tutto il lavoro non sarà tanto difficile quanto scrupoloso, poiché dovrai contare il numero di giri e non perderti. Nonostante il trasformatore toroidale per saldatura sia il più popolare tra i dispositivi fatti in casa, considerare l’installazione usando l’esempio di un trasformatore con un nucleo a forma di U. Questo tipo di trasformatore è in qualche modo più facile da montare rispetto al toroidale e il secondo più popolare tra i prodotti fatti in casa..
Iniziamo a lavorare con creazione di telai per avvolgimenti. Per questo usiamo piastre di textolite. Questo materiale viene utilizzato per creare tavole stampate. Ritagliamo parti per due scatole dai piatti. Ogni scatola sarà composta da due coperchi superiori con asole per quattro pareti. L’area delle fessure interne corrisponderà all’area della sezione trasversale del nucleo con un leggero aumento per le pareti della scatola. Un esempio di come dovrebbero apparire le parti della scatola può essere visto nella foto..
Dopo aver assemblato i telai per gli avvolgimenti, li isoliamo con isolamento resistente al calore. Quindi iniziamo ad avvolgere gli avvolgimenti.
Si consiglia di prendere i fili per gli avvolgimenti con isolamento in vetro resistente al calore. Questo, ovviamente, sarà un po’ più costoso rispetto al cablaggio convenzionale, ma di conseguenza non ci saranno grattacapi per quanto riguarda il possibile surriscaldamento e la rottura degli avvolgimenti. Dopo aver avvolto uno strato di cablaggio, lo isoliamo e solo dopo iniziamo ad avvolgere il successivo. Non dimenticare di fare curve su un certo numero di matasse. Alla fine della creazione degli avvolgimenti, avvolgiamo uno strato di isolamento superiore. Fissiamo bulloni di rame alle estremità delle curve..
Importante! Prima di installare e fissare i bulloni alle estremità dei fili, estraiamo quest’ultimo attraverso ulteriori fori praticati nella piastra superiore del telaio del PCB.
Ora iniziamo ad assemblare e laminare il circuito magnetico del trasformatore di saldatura. Per lui viene usato il ferro, creato appositamente per questo. Il metallo ha determinati indicatori di induzione magnetica e un marchio inadatto può rovinare tutto. Le piastre con anima metallica possono essere rimosse dai vecchi trasformatori o acquistate separatamente. Le piastre stesse hanno uno spessore di circa 1 mm e l’assemblaggio dell’intero nucleo richiederà solo di unire pazientemente tutte le piastre insieme. Al termine, controllare tutti gli avvolgimenti con un tester per errori..
Al termine dell’assemblaggio del trasformatore, facciamo ponte a diodi e installare il regolatore di corrente. Per un ponte a diodi, utilizziamo diodi di tipo B200 o KBPC5010. Ogni diodo è valutato per 50 A, quindi sono necessari 4 diodi di questo tipo per un trasformatore di saldatura da 180 A nominale. Tutti i diodi sono fissati a un radiatore in alluminio e collegati in parallelo con l’induttanza ai rubinetti dagli avvolgimenti. Non resta che assemblare il caso e posizionare lì il trasformatore di saldatura.
Un buon trasformatore di saldatura fai-da-te potrebbe non funzionare la prima volta. Ci sono molte ragioni per questo, a partire da errori nei calcoli e termina con la mancanza di esperienza nell’assemblaggio e nell’installazione di apparecchiature elettriche. Ma tutto viene con l’esperienza, e una o due volte riavvolgendo gli avvolgimenti del trasformatore, puoi ottenere il risultato desiderato.