Trasformatore di saldatura con corrente di saldatura regolabile in continuo

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / attrezzatura per saldatura

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Avendo un archivio abbastanza ampio di documentazione tecnica sulle apparecchiature di saldatura, sia nazionali che importate, ho iniziato a elaborarla e a sistematizzare le soluzioni tecniche utilizzate nelle apparecchiature di saldatura. Naturalmente speravo che con il coinvolgimento di Internet questo compito sarebbe stato semplificato e, forse, sarebbe stato possibile integrare le informazioni esistenti. Facendo una ricerca costante non solo nella parte di lingua russa di Internet, ma anche in quella di lingua inglese, sono stato sorpreso di scoprire che le informazioni richieste erano quasi completamente assenti o presentate in modo molto scarso.

Possiamo parlare solo di alcuni progetti amatoriali i cui autori li hanno sviluppati senza essere specialisti nel campo delle apparecchiature di saldatura, e quindi sono stati guidati principalmente dalla conoscenza nel campo dell'elettronica e non dalle proprietà di saldatura di apparecchiature specifiche. Questo è il motivo per cui i "saldatori" dilettanti non forniscono una facile accensione dell'arco, una saldatura "morbida" senza spruzzi significativi del metallo degli elettrodi o del filo di saldatura.

La base di tutte le saldatrici è la fonte di corrente. Il più semplice e, a quanto pare, il più comune è il trasformatore di saldatura. Quando si salda con elettrodi rivestiti, l'eccitazione dell'arco di saldatura inizia con un cortocircuito del circuito di saldatura: il contatto tra l'elettrodo e il pezzo in lavorazione. Questo genera calore e l'area di contatto si riscalda rapidamente. In questa fase è necessaria una maggiore tensione dalla sorgente. Successivamente, la resistenza dell'arco traferro diminuisce, il che porta ad una diminuzione della tensione.

Durante il processo di saldatura, gocce di metallo dell'elettrodo si staccano dall'elettrodo ed entrano nel bagno di saldatura, causando frequenti cortocircuiti nel circuito di saldatura. Ad ogni cortocircuito successivo la tensione scende a zero e si verifica un aumento della corrente come una valanga fino al livello della corrente di cortocircuito, cioè corrente massima che la sorgente di saldatura può fornire. Ciò, a sua volta, porta a schizzi del metallo dell'elettrodo, che doveva riempire la giuntura. I saldatori dicono che la saldatura è "dura", schizza e la giuntura è mal formata.

In base alle condizioni in cui si svolge il processo di saldatura è possibile determinare quali requisiti deve soddisfare il generatore dell'arco di saldatura:

1. La tensione “a vuoto” dovrebbe essere sufficiente per innescare facilmente un arco e allo stesso tempo non dovrebbe raggiungere valori pericolosi per la vita umana. Ciò è particolarmente vero per le sorgenti CA.
2. La tensione dell'arco deve rispondere rapidamente alla lunghezza dell'arco, vale a dire la sorgente deve avere buone proprietà dinamiche. La caratteristica statica di una sorgente per saldatura manuale, che esprime la dipendenza della tensione di uscita in funzione della corrente circolante, deve avere una pendenza chiaramente definita. Questo tipo di curva è chiamata dipendenza U a forte caduta_Oriente=f(l_legame).
3. L'entità della corrente di cortocircuito deve essere limitata a causa delle proprietà della sorgente e non superare la corrente di saldatura di oltre il 40...50%. Occorre inoltre garantire che il circuito di saldatura rimanga a lungo in modalità di cortocircuito senza surriscaldarsi o danneggiare gli avvolgimenti.

I requisiti di cui sopra sono soddisfatti solo parzialmente in numerosi progetti amatoriali. Ciò è particolarmente vero per garantire la pendenza del grafico U_Oriente=f(l_legame) e requisiti relativi alla sicurezza delle tensioni di uscita.

La situazione non è migliore con i metodi di regolazione della corrente di saldatura. Nella stragrande maggioranza dei progetti amatoriali, si tratta di effettuare ulteriori prese sull'avvolgimento primario del trasformatore. Questa soluzione, sebbene ovvia dal punto di vista della semplicità, porta tuttavia a una complicazione della progettazione della parte più costosa della saldatrice: il suo trasformatore, e ad un aumento del suo costo.

Il design include interruttori con contatti mobili, che sono uno degli elementi più inaffidabili. E il livello tecnico di esecuzione di un tale dispositivo è primitivo. È vero, esistono progetti con elementi mobili (bobine o shunt magnetici). Ma tali progetti comportano la necessità di produrre componenti meccanici aggiuntivi, cosa che molti non vorrebbero fare e che aumenta significativamente la complessità del progetto nel suo complesso.

Dov’è la soluzione all’attuale problema del regolatore? Una soluzione al problema di un trasformatore di saldatura regolabile monofase è l'uso di un cosiddetto trasformatore a tiristori, ad es. un trasformatore convenzionale con due avvolgimenti (primario e secondario), dotato di regolatore a tiristori. Quasi tutti i circuiti di tali impianti di saldatura amatoriale presentano uno svantaggio, che i loro autori trasferiscono dai circuiti dei regolatori di fase convenzionali progettati per controllare il riscaldamento dei forni elettrici o modificare la luminosità delle lampade a incandescenza.

Con la costruzione tradizionale della parte di potenza dei regolatori di fase a tiristori, quando si cerca di fornire basse correnti, le pause tra gli impulsi diventano così significative che nessuna misura aggiuntiva può stabilizzare l'arco. Ma la specificità del circuito progettato per funzionare con apparecchiature di saldatura è che è necessario garantire la continuità dell'arco senza portare alla deionizzazione dell'intervallo dell'arco e all'estinzione dell'arco nelle pause tra gli impulsi. Di fronte a questo problema è utile ricordare che in saldatura non è necessario regolare la corrente da zero al massimo. È sufficiente regolarlo nell'intervallo di valori richiesto.

Nelle apparecchiature di saldatura industriale di questo tipo vengono introdotti circuiti speciali per alimentare l'arco nelle pause tra gli impulsi. La Figura 1 mostra lo schema di collegamento di un trasformatore di saldatura con un regolatore a tiristori nel circuito del suo avvolgimento primario.

L'avvolgimento primario del trasformatore è collegato tramite un'induttanza con un'induttanza sufficientemente grande. Due tiristori del regolatore sono collegati in parallelo all'induttore. Con tiristori completamente chiusi, la corrente del trasformatore è limitata da un'induttanza che ha una reattanza induttiva abbastanza grande. I tiristori, quando si aprono, bypassano l'induttore, il che alla fine porta ad un aumento della corrente di saldatura. Con qualsiasi angolo di apertura dei tiristori, la corrente dell'avvolgimento primario nelle pause tra gli impulsi non diminuisce fino a zero, garantendo così una combustione stabile dell'arco con qualsiasi corrente di saldatura. Secondo uno schema simile, negli anni passati l'industria ha prodotto in serie il trasformatore di saldatura TZR-500.

Lo starter Dr1 (Fig. 2) può essere avvolto sul ferro del trasformatore, in modo simile al nucleo di un trasformatore di saldatura.

L'area della sezione trasversale del nucleo dell'induttore per un trasformatore per una corrente di saldatura di 120...160 A dovrebbe essere di circa 40x50 mm. Il diametro del filo viene scelto uguale al diametro del filo dell'avvolgimento primario. Il numero di giri è 80-120. Il traferro è di circa 1,5 mm. Queste cifre sono molto approssimative e richiedono alcuni chiarimenti per una progettazione specifica.

I dati del trasformatore T1 vengono determinati sulla base dei dati iniziali come la tensione di rete, la corrente massima di saldatura e la tensione sull'avvolgimento secondario a vuoto.

I vantaggi dello schema indicato di seguito sono la regolazione fluida e la possibilità di utilizzare un trasformatore già pronto con solo due avvolgimenti senza prese. Lo svantaggio è la necessità di installare un acceleratore sufficientemente potente. Come circuito di controllo per un regolatore di fase, è possibile utilizzare un circuito di quasi tutti i regolatori, fornendo il legame dell'angolo di apertura dei tiristori alla transizione attraverso "0" degli impulsi di rete e il controllo di due tiristori collegati schiena contro schiena . Questo può essere un regolatore con un trasformatore di impulsi in uscita e con tiristori optoaccoppiatori. Una soluzione moderna e interessante potrebbe essere quella di implementare un circuito di controllo a tiristori basato su un microcontrollore con un'unità di visualizzazione digitale. Se si integra il circuito del regolatore di fase con circuiti di retroazione, sarà possibile formare una dipendenza della tensione dalla corrente di saldatura.

Autore: AM Semernev

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