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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Schweißtransformator mit stufenlos einstellbarem Schweißstrom
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Schweißgeräte Da ich über ein ziemlich großes Archiv technischer Dokumentation zu inländischen und importierten Schweißgeräten verfügte, begann ich, diese zu bearbeiten und technische Lösungen für Schweißgeräte zu systematisieren. Natürlich hoffte ich, dass durch die Einbindung des Internets diese Aufgabe vereinfacht würde und es vielleicht möglich wäre, die vorhandenen Informationen zu ergänzen. Als ich eine ständige Suche nicht nur im russischsprachigen, sondern auch im englischsprachigen Teil des Internets durchführte, stellte ich überrascht fest, dass die erforderlichen Informationen fast vollständig fehlten oder nur sehr spärlich präsentiert wurden. Wir können nur über einige Amateurkonstruktionen sprechen, deren Autoren sie entwickelt haben, ohne Spezialisten auf dem Gebiet der Schweißausrüstung zu sein, und sich daher hauptsächlich von Kenntnissen auf dem Gebiet der Elektronik und nicht von den Schweißeigenschaften bestimmter Ausrüstung leiten ließen. Aus diesem Grund ermöglichen Hobby-Schweißer keine einfache Zündung des Lichtbogens und kein „weiches“ Schweißen ohne nennenswerte Spritzer des Metalls der Elektroden oder des Schweißdrahts. Die Basis aller Schweißgeräte ist die Stromquelle. Der einfachste und anscheinend gebräuchlichste ist der Schweißtransformator. Beim Schweißen mit Stabelektroden beginnt die Anregung des Schweißlichtbogens mit einem Kurzschluss des Schweißstromkreises – dem Kontakt zwischen Elektrode und Werkstück. Dadurch entsteht Wärme und die Kontaktfläche erwärmt sich schnell. In diesem Stadium ist eine erhöhte Spannung von der Quelle erforderlich. Anschließend nimmt der Widerstand der Lichtbogenstrecke ab, was zu einem Spannungsabfall führt. Während des Schweißvorgangs brechen Elektrodenmetalltropfen von der Elektrode ab und gelangen in das Schweißbad, was zu häufigen Kurzschlüssen im Schweißkreis führt. Mit jedem weiteren Kurzschluss sinkt die Spannung auf Null und es kommt zu einem lawinenartigen Anstieg des Stroms auf die Höhe des Kurzschlussstroms, d. h. Strom, den die Schweißquelle maximal liefern kann. Dies wiederum führt zum Verspritzen des Metalls der Elektrode, das die Naht füllen sollte. Schweißer sagen, die Schweißung sei „hart“, es spritze und die Naht sei schlecht geformt. Anhand der Bedingungen, unter denen der Schweißprozess stattfindet, lässt sich ermitteln, welche Anforderungen die Schweißlichtbogen-Stromquelle erfüllen muss:
Die oben genannten Anforderungen werden in einer Reihe von Amateurkonstruktionen nur teilweise erfüllt. Dies gilt insbesondere für die Sicherstellung der Steilheit des U-GraphenOsten=f(lSt.) und Anforderungen an die Sicherheit der Ausgangsspannungen. Bei den Methoden zur Einstellung des Schweißstroms sieht es nicht besser aus. Bei den allermeisten Amateurkonstruktionen kommt es darauf an, zusätzliche Anzapfungen an der Primärwicklung des Transformators vorzunehmen. Obwohl diese Lösung unter dem Gesichtspunkt der Einfachheit offensichtlich ist, führt sie dennoch zu einer Komplikation der Konstruktion des teuersten Teils der Schweißmaschine – ihres Transformators – und zu einer Erhöhung ihrer Kosten. Das Design umfasst Schalter mit beweglichen Kontakten, die eines der unzuverlässigsten Elemente sind. Und das technische Leistungsniveau eines solchen Geräts ist primitiv. Es gibt zwar Ausführungen mit beweglichen Elementen (Spulen oder magnetische Shunts). Solche Konstruktionen erfordern jedoch die Herstellung zusätzlicher mechanischer Komponenten, was viele nicht gerne tun würden und die die Komplexität der gesamten Konstruktion erheblich erhöhen. Wo ist die Lösung für das aktuelle Regulierungsproblem? Eine Lösung des Problems eines einphasig regelbaren Schweißtransformators ist die Verwendung eines sogenannten Thyristortransformators, d.h. ein herkömmlicher Transformator mit zwei Wicklungen (Primär- und Sekundärwicklung), ausgestattet mit einem Thyristorregler. Fast alle Schaltkreise solcher Amateurschweißanlagen haben einen Nachteil, den ihre Autoren von den Schaltkreisen herkömmlicher Phasenregler übertragen, die die Heizung von Elektroöfen steuern oder die Helligkeit von Glühlampen ändern sollen. Beim herkömmlichen Aufbau des Leistungsteils von Thyristor-Phasenreglern werden beim Versuch, niedrige Ströme bereitzustellen, die Pausen zwischen den Impulsen so groß, dass keine zusätzlichen Maßnahmen den Lichtbogen stabilisieren können. Die Besonderheit des für den Betrieb mit Schweißgeräten konzipierten Stromkreises besteht jedoch darin, dass die Kontinuität des Lichtbogens sichergestellt werden muss, ohne dass es zu einer Entionisierung der Lichtbogenstrecke und einem Erlöschen des Lichtbogens in den Pausen zwischen den Impulsen kommt. Wenn man mit diesem Problem konfrontiert wird, sollte man bedenken, dass beim Schweißen keine Notwendigkeit besteht, den Strom von Null auf Maximum einzustellen. Es reicht aus, ihn im erforderlichen Wertebereich anzupassen. In industriellen Schweißgeräten dieser Art werden spezielle Schaltkreise eingeführt, um den Lichtbogen in Pausen zwischen den Impulsen zu speisen. Abbildung 1 zeigt den Anschlussplan eines Schweißtransformators mit einem Thyristorregler im Stromkreis seiner Primärwicklung.
Die Primärwicklung des Transformators ist über eine Drossel mit relativ großer Induktivität verbunden. Zwei Thyristoren des Reglers sind gegenparallel zur Induktivität geschaltet. Bei vollständig geschlossenen Thyristoren wird der Transformatorstrom durch eine Drossel begrenzt, die einen relativ großen induktiven Widerstand aufweist. Beim Öffnen überbrücken die Thyristoren die Induktivität, was letztendlich zu einer Erhöhung des Schweißstroms führt. Bei jedem Öffnungswinkel der Thyristoren sinkt der Strom der Primärwicklung in den Impulspausen nicht auf Null, wodurch bei jedem Schweißstrom ein stabiles Lichtbogenbrennen gewährleistet wird. Nach einem ähnlichen Schema hat die Industrie in den vergangenen Jahren den Schweißtransformator TZR-500 in Massenproduktion hergestellt. Die Drossel Dr1 (Abb. 2) kann auf Transformatoreisen gewickelt werden, ähnlich dem Kern eines Schweißtransformators.
Die Querschnittsfläche des Induktorkerns für einen Transformator für einen Schweißstrom von 120...160 A sollte ca. 40x50 mm betragen. Der Durchmesser des Drahtes wird gleich dem Durchmesser des Drahtes der Primärwicklung gewählt. Die Anzahl der Windungen beträgt 80-120. Der Luftspalt beträgt ca. 1,5 mm. Diese Zahlen sind sehr ungefähre Angaben und bedürfen einer Klärung für ein bestimmtes Design. Die Daten des Transformators T1 werden anhand von Ausgangsdaten wie der Netzspannung, dem maximalen Schweißstrom und der Spannung an der Sekundärwicklung im Leerlauf ermittelt. Die Vorteile des unten angegebenen Schemas sind eine reibungslose Regelung und die Möglichkeit, einen vorgefertigten Transformator mit nur zwei Wicklungen ohne Anzapfungen zu verwenden. Der Nachteil ist die Notwendigkeit, einen ziemlich starken Gashebel einzubauen. Als Steuerkreis für einen Phasenregler kann ein Schaltkreis nahezu jedes Reglers verwendet werden, der den Öffnungswinkel der Thyristoren an den Übergang durch „0“ der Netzimpulse bindet und zwei gegeneinander geschaltete Thyristoren steuert . Dies kann ein Regler mit einem Impulstransformator am Ausgang und mit Optokoppler-Thyristoren sein. Eine interessante, moderne Lösung könnte darin bestehen, eine Controller-Thyristor-Steuerschaltung auf Basis eines Mikrocontrollers mit digitaler Anzeigeeinheit zu implementieren. Wenn Sie den Phasenreglerkreis durch Rückkopplungskreise ergänzen, ist es möglich, eine Abhängigkeit der Spannung vom Schweißstrom zu bilden. Autor: A.M. Semernev
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