Сварочный трансформатор своими руками: как рассчитать самодельный для дуговой и контактной сварки

Если у вас есть необходимый слесарный и электромонтажный инструмент (ниже мы о нём подробно расскажем), и вы имеете соответствующие профессиональные навыки, то вполне сможете изготовить сварочный трансформатор своими руками.

Расходы у вас, конечно, будут, но несравненно меньшие по сравнению с затратами на приобретение гаджета заводского изготовления. Зато, сколько вы получите удовольствия в процессе любимой работы по созданию самоделки. А восторг, в момент успешного начала электросварки, вообще, ни с чем ни сравним!

Мы в статье дадим вам массу полезных советов по выбору, расчёту и изготовлению сварочного трансформатора (далее – СТ), чем поможем оптимизировать расходы и сберечь бюджет.

Правильно изготовленный своими руками аппарат – ни чем не хуже заводского.

Внешний вид самодельного сварочного трансформатора. Ист. https://autokuz.ru/kuzovnoy-remont/kak-sdelat-svarochnyj-apparat-svoimi-rukami.html.

В статье будет рассказано про два типа сварочных трансформаторов. Для сварок:

дуговой;
контактной.

Сварочный трансформатор своими руками: что нам понадобится

Ассортимент инструмента и оборудования для изготовления и сборки обоих типов СТ идентичен. Нам потребуется следующее:

индикатор электрического напряжения. Для контроля отсутствия последнего на электрических контактах, и обеспечения, тем самым, безопасности при выполнении электромонтажных работ;
УШМ (она же «болгарка», «вжик-машинка» и т. п.) с набором дисков (отрезных, шлифовальных и т. п.);
электродрель с набором свёрл по металлу и керном;
тестер или вольтметр переменного тока с пределом измерений 400 В;
любая «чертилка». Применяется при разметке по металлу;
слесарные струбцины. Для фиксации деталей при разметке «по месту»;
набор электрослесарного инструмента. Конкретный состав набора зависит от материалов, которые будут применяться при изготовлении СТ. В общем случае он таков: укомплектованный электропаяльник. Пайку будем выполнять припоем ПОС-40;
отвёртки (разного размера с прямым и крестообразным шлицом);
ключи: гаечные;
накидные;
торцевые;

пассатижи, бокорезы и т. д. с изолированными ручками;

набор напильников.

Все работы удобнее выполнять на слесарном верстаке с электроизоляционным покрытием, оборудованном слесарными тисками.

Для изготовления СТ необходимы комплектующие и материалы, отличающиеся между собой в зависимости от типа трансформатора. В общем случае необходимо следующее:

защитный кожух. Должен обеспечивать: защиту от поражения электрическим током;
исключать возможность попадания каких-либо предметов во внутрь гаджета;

магнитопровод. Обеспечивает мощный электромагнитный поток, который индуцирует в обмотках электродвижущую силу (далее – ЭДС);

провод и проволока. Необходимы для монтажа обмоток;

каркасы катушек. На них наматываются обмотки;

контактные колодки. Мощная контактная колодка с зажимами для сварочных проводов, мелкие колодки – для электромонтажа схемы;

коммутаторы (переключатели). Осуществляют коммутацию секций обмоток при подборе величины сварочного тока;

материал для межвитковой изоляции. Уменьшает возможность электрического пробоя изоляции обмоток;

крепёжные изделия (болты, винты, гайки, шайбы и т. п.). Они необходимы для монтажа гаджета при осуществлении сборочных работ;

изоляционная лента (типа Х/Б).

Важно: изоляционную ленту “ПХВ” применять нельзя, т. к. при нагревании она разрушается.

Самодельный сварочный трансформатор для дуговой сварки

Рекомендация: ознакомьтесь с материалом “Сварочный трансформатор: устройство и принцип действия“

Прежде чем приступать к дальнейшей работе по изготовлению СТ, следует решить: что именно вы будете создавать. Вам необходимо:

выбрать конструкцию и электрическую принципиальную схему будущего устройства;
произвести электрический и, при необходимости, конструктивный расчёт его параметров.

Только после этого следует подбирать необходимую комплектацию, материалы и готовить, при необходимости,специальный инструмент.

Как рассчитать сварочный трансформатор. Схема

Вопрос, как рассчитать сварочный трансформатор самодельный, очень специфичен, так как он не соответствуют типовым схемам и общепринятым правилам. Дело в том, что при изготовлении самоделок параметры их компонентов «подгоняются» под уже имеющиеся в наличии комплектующие (в основном – под магнитопровод). Более того, часто случается, что:

трансформаторы собираются не из самого лучшего трансформаторного железа;
обмотки наматываются не самым подходящим проводом и много других отрицательных факторов.

В результате, самоделки греются и «гудят» (пластины сердечника вибрируют с частотой электросети: 50 Гц), но, при этом, «делают своё дело» – сваривают металл.

По форме сердечников различают трансформаторы следующих основных типов:

стержневой;
броневой.

Виды сердечника. Ист. https://v277.ru/svarka/65-svarochnyj-transformator.

Пояснения к рисунку:

а – броневой;
б – стержневой.

Трансформаторы стержневого типа, по сравнению с трансформаторами броневого типа, допускают большие плотности токов в обмотках. Благодаря этому они имеют более высокий КПД, но и трудоёмкость их изготовления значительно выше. Тем не менее, их используют чаще.

На стержневом сердечнике применяют схемы обмоток, приведённые на рисунке.

Пояснения к рисунку:

а – сетевая обмотка на двух сторонах сердечника;
б – соответствующая ей вторичная (сварочная) обмотка, включённая встречно-параллельно;
в – сетевая обмотка на одной стороне сердечника;
г – соответствующая ей вторичная обмотка, включенная последовательно.

Для примера выполним расчёт СТ собранного по схеме «в» – «г». Его вторичная обмотка состоит из двух равных частей (половинок). Они расположены на противоположных плечах магнитопровода, а между собой соединены последовательно. Расчёты заключаются в определении теоретических и выборе действительных размеров магнитопровода.

Определяемся с мощностью СТ (по величине тока во вторичной обмотке) из следующих соображений. Для электросварки в быту чаще всего используются покрытые электроды Ø, мм: 2, 3, 4. Выбираем «золотую середину» для самых ходовых – 120…130 А. Мощность СТ определяется по формуле:

P = Uх.х. × Iсв. × cos(φ) / η, где:

Uх.х. – напряжение холостого хода;
Iсв. – ток сварки;
φ – угол сдвига фаз между напряжением и током. Принимаем: cos(φ) = 0,8;
η – КПД. Для самодельных СТ: КПД = 0,7.

Если произвести расчет магнитопровода по справочнику, то его сечение для выбранного тока равно 28 кв.см. На практике, сечение магнитопровода для той же мощности может варьироваться в пределах: 25…60 кв.см.

Для каждого сечения необходимо определить (по справочнику) количество витков первичной обмотки для обеспечения на выходе заданной мощности. Мы лишь заметим, что чем больше площадь сечения магнитопровода (S), тем меньше понадобится витков обеих катушек. Это существенный момент, т. к. большое количество витков может не поместиться в «окно» магнитопровода.

Возможно использование магнитопровода старого трансформатора (например, от микроволновой печки, конечно, после некоторой его реконструкции – замены вторичной обмотки).

Старый трансформатор. Ист. https://strgid.ru/mozhno-li-sdelat-svarochnyi-apparat-svoimi-rukami-chto-nuzhno-dlya-togo-chtoby-pravilno-sobrat-svaro.

Если у вас нет старого трансформатора, то следует прибрести трансформаторное железо, из которого вы иизготовите сердечник СТ.

Железо для магнитопровода. Ист. https://strgid.ru/mozhno-li-sdelat-svarochnyi-apparat-svoimi-rukami-chto-nuzhno-dlya-togo-chtoby-pravilno-sobrat-svaro.

Пояснения к рисунку:

а – пластины Г-образной формы;
б – пластины П-образной формы;
в – пластины из полос трансформаторной стали;
c и d – размеры «окна», см;
S = a х b – площадь поперечного сечения сердечника (ярма), кв.см.

Если правильно рассчитать магнитопровод, то обмотки СТ не будут греться, а сам сварочник будет надежно работать.

Расчёт количества витков первичных обмоток при напряжении питания сети 220…240 В, выбранных нами токах сварки и параметрах магнитопровода можно произвести по следующим формулам: N1 = 7440 × U1/(Sиз × I2). Для обмоток на одном плече (по половине обмотки друг на друге, соединённые последовательно); N1 = 4960 × U1/(Sиз × I2). Обмотки разнесены на разные плечи.

Условные обозначения в обеих формулах:

U1 – напряжение источника питания;
N1 – количество витков первичной обмотки;
Sиз – сечение магнитопровода (кв.см);
I2 – заданный сварочный ток вторичной обмотки (А).

Выходное напряжение вторичной обмотки СТ в режиме холостого хода у самодельных сварочных трансформаторов находится, как правило, в пределах 45…50В. По следующей формуле можно определить её количество витков: U1/U2 = N1/N2.

Для удобства подбора силы сварочного тока, на обмотках делают отводы.

Намотка сварочного трансформатора и монтаж

Для первичной обмотки трансформатора применяется специальный термостойкий медный провод, имеющий хлопчатобумажную или стеклотканевую изоляцию.

Внимание: категорически не рекомендуем для намотки сварочного трансформатора использовать провода с резиновой изоляцией.

С учётом выбранной выше мощности, электрический ток в первичной обмотке может достигать 25 А. Исходя из этих соображений, первичную обмотку СТ следует наматывать проводом, имеющим сечение ≥ 5…6 кв.мм. Это, кроме всего прочего, существенно увеличит надежность СТ.

Вторичная обмотка выполняется медной проволокой, сечение которой: 30…35 кв.мм. Особое внимание следует уделить выбору изоляции провода вторичной обмотки, так как по ней протекает большой сварочный ток. Она должна быть очень надёжной – особое внимание следует уделить теплостойкости.

При монтаже обмоток обратите внимание на следующее:

намотка производится в одном направлении;
между рядами обмоток прокладывается изолирующий слой дополнительной изоляции (рекомендуем – хлопчатобумажной).

Собранный СТ следует поместить в защитный кожух с отверстиями для вентиляции.

Видео

Посмотрите, как была реализована задача сборки аппарата:

Преимущества и недостатки

К плюсам сварки данным способом можно отнести:

достаточно «чистый» способ варки;
не нужно использовать дополнительные составляющие в виде газов флюсов и другого;
отсутствие разнообразных отходов и шлаков;
так как сварка происходит без использования газа, то не выделяются вредные вещества и сварщик более защищен в этом вопросе;
сварка точечным способом имеет высокий КПД;
при необходимости выполнения большого количества работ возможно использование различных автоматизированных агрегатов;
высокое качество стыков за очень короткий промежуток времени.

При соблюдении всех норм и стандартов при выполнении точечной сварки можно получить шов высокого качества, который будет предельно аккуратен и надежен.

Недостатки точечной сварки:

сложно реализуемое скрепление при сварке разных металлов;
при превышении подачи импульса возможно разбрызгивание металла;
сложности конструкции при варке нескольких точек одновременно;
усложнение конструкции электродов и их использования при многоточечной сварке.

Контактная сварка своими руками из сварочного трансформатора

Контактная сварка создаёт сварное соединение деталей за счет следующих одновременных воздействий на них:

нагрев области их соприкосновения проходящим через него электрическим током;
к зоне соединения прикладывается сжимающее усилие.

Существует три вида контактной сварки:

точечная;
стыковая;
шовная.

Мы расскажем про самодельный СТ для наиболее популярной: точечной контактной сварки (для двух других требуется очень сложное оборудование).

Точечная контактная сварка. Ист. https://moyasvarka.ru/process/kak-sdelat-kontaktnuyu-svarku-svoimi-rukami.html.

Пояснения к рисунку: 1 – электроды, подводящие сварочный ток с свариваемым изделиям; 2 – свариваемые изделия с нахлёсточным соединением; 3 – сварочный трансформатор.

Для осуществления контактной сварки, в зависимости от толщины и теплопроводности материалов свариваемых деталей, выбираются следующие значения её основных параметров:

электрическое напряжение в силовой (сварочной цепи), В: 1…10;
величина сварочного тока (амплитуда сварочного импульса), А: ≥ 1000;
время нагрева (прохождения импульса сварочного тока), сек: 0,01…3,0;

Кроме того, должны быть обеспечены:

незначительная зона расплавления;
значительное сжимающее усилие, прилагаемое к месту сварки.

Схема и расчёт

Расчет СТ контактной сварки выполняется по тому же алгоритму, что и для дуговой (смотри выше). При выборе данных из справочника (сила тока и напряжение вторичной обмотки для точечной сварки выбранной марки металла заданной толщины), следует учитывать, что сила тока вторичной обмотки для таких трансформаторов порядка 1000…5000 А. Вторичная обмотка рассчитана, как правило, на единицы вольт и представляет собой всего несколько витков (бывает, что, один) толстого провода. Поэтому, для регулировки сварочного тока рекомендуется следующая схема первичной обмотки трансформатора.

Схема обмоток трансформатора для контактной сварки. Ист. https://tutmet.ru/kontaktnaja-svarka-svoimi-rukami-shema-video.html.

Очень часто, в процессе эксплуатации самоделок, выясняется, что не хватает мощности СТ. В этом случае возможно подключение второго трансформатора в соответствии с предлагаемой схемой.

Схема соединения двух трансформаторов точечной сварки. Ист. https://tool-land.rusamodelnaya-tochechnaya-svarka.php.

Намотка и монтаж

Эти операции выполняются по тем же основным правилам и с соблюдением требований, что и для СТ дуговой сварки. С особой тщательность следует закрепить витки вторичной обмотки. Для этого можно использовать её выводы, пропустив их в термостойком изоляторе.

В качестве электродов применяются медные стержни.

Электрод для точечной сварки в зажиме. Ист. https://tool-land.rusamodelnaya-tochechnaya-svarka.php.

Следует учитывать, что чем больше будет диаметр электрода, тем лучше. Ни в коем случае не допустимо, чтобы диаметр электрода был меньше диаметра провода. Для маломощных СТ возможно использовать жала от мощных паяльников. В процессе эксплуатации следите за состоянием расходных материалов: электроды необходимо периодически подтачивать – иначе они теряют форму. Со временем они стачиваются полностью и требуют замены.

Видео

Вот вариант точечного сварочника из микроволновки:

Технологический процесс изготовления

Эффективность трансформатора зависит от формы и размера магнитопровода. Тороидальный сердечник (в виде бублика) дает лучшие выходные характеристики, но П- или Ш-образный легче в изготовлении, и основу для него найти проще. Устройства контактной сварки имеют, как правило, П-образный магнитопровод. Технологический процесс состоит из расчета необходимого числа витков, изготовления корпусов для катушек, намотки катушек, установки магнитопровода и сборки всего в единое целое.

Виды магнитопроводов трансформаторов