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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA
Máquina de solda com aumento de tensão e ajuste de corrente suave. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Manual do eletricista Os leitores recebem uma descrição de uma máquina de solda fácil de fabricar e confiável em operação. Permite soldar com corrente contínua e alternada e, em ambos os casos, pode ser não apenas escalonado, mas também ajustado suavemente. Para facilitar a ignição do arco, é fornecido um amplificador de tensão. Hoje há um grande número de diferentes máquinas de solda à venda. As máquinas de solda portáteis (chamadas inversores) operam apenas em corrente contínua. Seus modelos baratos, destinados ao uso não profissional, têm potência relativamente baixa e não são suficientemente confiáveis. As máquinas de soldagem que utilizam transformadores de alta potência e baixa frequência são produzidas principalmente para uso industrial. Eles geralmente têm alta potência, peso e dimensões significativas e são relativamente caros. Além disso, permitem uma operação contínua a longo prazo. A corrente de soldagem em tais máquinas é regulada de forma suave ou gradual, alterando a indutância do indutor adicional ou a indutância de fuga do próprio transformador de soldagem. A grande massa e o alto preço tornam inviável a compra de tal dispositivo para uso pessoal (não profissional). Também estão à venda máquinas de solda baratas de baixa potência em transformadores de baixa frequência. Mas a resistência ativa dos enrolamentos participa da formação das características de carga exigidas. Portanto, essas máquinas de solda ficam muito quentes durante a operação. Muitas pessoas fazem elas mesmas transformadores de soldagem. Para isso, são necessários apenas um núcleo magnético e um fio de enrolamento adequados. Mas para realizar uma soldagem de alta qualidade, uma máquina artesanal deve fornecer a capacidade de selecionar o tipo de corrente (contínua ou alternada) e regular a corrente de soldagem. Além disso, para facilitar a ignição do arco em baixa tensão, é aconselhável ter um amplificador de tensão no aparelho. Abaixo segue a descrição de uma máquina de solda simples e confiável com transformador baseado no estator de um motor elétrico trifásico assíncrono e que garante o cumprimento dos requisitos acima. Possui uma série de recursos significativos que melhoram significativamente seu desempenho e reduzem a complexidade de fabricação em comparação com aqueles descritos anteriormente na literatura de rádio amador e na Internet. O diagrama do aparelho é mostrado na Fig. 1. A tensão da rede é fornecida ao enrolamento I do transformador de soldagem T1 através de um reostato de passo, composto por resistores de fio R4-R1 e uma chave SA2. A unidade, composta por um transformador de corrente T1, um diodo retificador VD1, VD2 e um cabeçote de medição PA1, mede a corrente consumida da rede. A tensão do enrolamento II do transformador T2 através da chave SA2 e um retificador de onda completa nos diodos vD5, VD7 e tiristores VS1, VS2 é fornecida ao circuito de soldagem.
O retificador é combinado com um regulador de corrente de soldagem. Quando os motores de resistor variável R5 e R6 estão na posição extrema direita do diagrama, os tiristores VS1 e VS2 abrem quando o valor da tensão instantânea no enrolamento II do transformador T2 é ligeiramente diferente de zero. Neste caso, o ângulo de corte atual é próximo de 180 graus. e a corrente de soldagem é máxima. Quando os controles deslizantes desses resistores são movidos para a esquerda, a tensão de abertura dos SCRs VS1 e VS2 aumenta e o ângulo de corte da corrente diminui para 90 graus. Como resultado, a corrente de soldagem é reduzida aproximadamente pela metade do máximo. Com um aumento adicional na resistência dos resistores de controle, os SCRs do retificador param de abrir, de modo que a tensão e a corrente de saída tornam-se zero. O transistor VT1 serve como amplificador de corrente de controle. Pode ser excluído do circuito, mas então a resistência dos resistores R5 e R6 deverá ser reduzida em aproximadamente 30 vezes. Neste caso, os resistores R5 e R6 irão dissipar vários watts de potência em alguns modos. É difícil encontrar resistores variáveis com uma dissipação de potência permitida suficientemente grande, por isso foi decidido usar resistores de alta resistência com um amplificador de corrente de transistor no regulador. Dois resistores variáveis conectados em série possibilitaram uma regulação suave da corrente em uma ampla faixa de suas variações. Algumas máquinas de soldagem utilizam reguladores de corrente tiristorizados, que proporcionam uma mudança suave no ângulo de corte na faixa de 0 a 180 graus, o que corresponde a uma mudança na corrente de zero ao máximo. Os SCRs em tais reguladores são controlados, via de regra, por meio de pulsos curtos. Mas estes reguladores são mais complexos e não operam de forma suficientemente estável para uma carga com baixa resistência diferencial (um arco de soldagem ou uma bateria em carga). A instabilidade se manifesta no fato de que quando a posição do botão regulador permanece inalterada, a corrente de saída muda caoticamente em relação ao valor médio especificado. Os reguladores nos quais os tiristores controlam a corrente contínua operam de forma mais estável nessas condições. Além disso, o regulador de corrente de soldagem deve regular a corrente de soldagem, mas não a amplitude da tensão de saída da máquina de solda. E quando o ângulo de corte muda de 90 para 0 graus. a amplitude dos pulsos de tensão na saída do retificador diminui, o que é indesejável, pois pioram as condições de ignição do arco. Para expandir os limites da regulação de corrente sem complicar o regulador tiristor, o dispositivo é equipado com um poderoso reostato escalonado nos resistores R1-R4. Esses reostatos são frequentemente incluídos no circuito do enrolamento secundário de um transformador de soldagem. Mas conectá-lo em série com o enrolamento primário oferece diversas vantagens. Em particular, o transformador, neste caso, opera com uma tensão mais baixa, por isso aquece menos. Além disso, neste caso, é mais fácil selecionar um fio de alta resistência para a fabricação de resistores reostatos, e um comutador de pacote padrão para uma corrente de até 1 A pode ser usado como comutador SA30. O circuito amplificador de tensão é um retificador de meia onda baseado em um diodo VD3, em série com o qual uma lâmpada incandescente EL1 é conectada como limitador de corrente. No modo inativo (quando o arco de soldagem não está aceso), o capacitor C1 é carregado através do diodo VD3 a uma tensão de cerca de 76 V em qualquer posição da chave SA2. Como a resistência do filamento frio da lâmpada é mínima, o capacitor C1 carrega rapidamente. Depois que o arco é aceso, a tensão no capacitor C1 diminui. Neste modo, a corrente que flui através do diodo VD3 é limitada pela resistência da lâmpada EL1, que aumenta à medida que o filamento aquece, de modo que a corrente permanece dentro dos limites permitidos para o diodo e aumenta apenas ligeiramente a corrente de soldagem. Um amplificador de tensão é um dispositivo muito útil. Na sua ausência e baixa tensão de circuito aberto na saída da máquina de solda, o arco acende com dificuldade, o que reduz a produtividade do soldador e o cansa muito. Aumentar a tensão sem carga sem usar um amplificador de tensão reduz drasticamente a eficiência da máquina de solda e aumenta a carga na rede elétrica. Mas, em muitos casos, as unidades de reforço de tensão são demasiado complexas e, em alguns casos, não são suficientemente eficazes. Por exemplo, em [1], esta unidade é projetada de tal forma que quando um arco queima, uma corrente bastante grande pode fluir através do circuito amplificador de tensão, limitada apenas pela resistência ativa do indutor. Para manter esta corrente dentro de limites aceitáveis, a tensão de reforço é escolhida como pequena (10...12 V), o que reduz sua eficiência. É desejável que o amplificador de tensão aumente a tensão sem carga para 80...90 V. Além disso, no dispositivo descrito em [1], a corrente de saída no momento da ignição do arco é limitada pela reatância indutiva do indutor, o que dificulta ainda mais a sua formação. A prática mostra que o arco acende melhor quando um capacitor é instalado na saída do retificador de soldagem. O resultado é um pouco pior quando o retificador não possui nenhum filtro anti-aliasing. Mas é mais difícil acender o arco se o filtro de suavização consistir apenas em um estrangulador ou terminar com um estrangulador. A capacitância do capacitor C1 deve ser tal que garanta a rápida transição da descarga da faísca para um arco de baixa potência. A prática mostra que uma capacitância de 3000 μF é suficiente para isso. Tal capacitor não pode suavizar o componente alternado da corrente de soldagem e não há necessidade disso. Quando o arco de soldagem queima, a tensão no capacitor C1 pulsa de zero até o valor da amplitude. Portanto, o capacitor C1 deve suportar ondulação de tensão com tal amplitude. Deve-se ter em mente que a amplitude permitida de ondulações de tensão em capacitores de óxido geralmente não excede 10...20% de sua tensão operacional nominal. A questão de qual filtro de suavização é melhor para usar em um retificador de máquina de solda é discutível. Muitos autores de artigos publicados em revistas e principalmente na internet acreditam que é melhor usar uma bobina no filtro retificador de uma máquina de solda. Por exemplo, existe a opinião de que a sua presença evita que o eletrodo grude na peça a ser soldada. Mas a razão para a aderência geralmente é a potência insuficiente da fonte de energia de soldagem (ou a incapacidade de realizar a soldagem). Neste caso, um arco de baixa potência derrete levemente o eletrodo e a peça e, para criar um arco potente, a fonte não tem potência suficiente. Como resultado, se o eletrodo tocar acidentalmente a peça a ser soldada, o metal fundido do eletrodo cristaliza em contato com uma peça mais fria e o eletrodo é soldado à peça. O acelerador não pode facilitar a ignição do arco, pois no modo inativo não armazena energia. No momento em que o eletrodo toca a peça, a corrente começa a aumentar de zero e o indutor começa a armazenar energia. Neste momento, a energia da fonte não é utilizada para criar uma descarga de arco, mas é acumulada no campo magnético do indutor. Nas descrições de máquinas de solda cujos transformadores são feitos com base em motores elétricos assíncronos, geralmente é recomendado remover as tiras de bandagem localizadas na parte externa do pacote da placa do estator e as saliências na parte interna dessas placas. Neste caso, o transformador acabado é montado no corpo da máquina de solda, semelhante aos transformadores de baixa potência com núcleos magnéticos toroidais. Mas o transformador de soldagem tem uma massa grande e pode ficar muito quente durante a operação. O peso do transformador com tal montagem pressiona o isolamento dos fios do enrolamento, o que pode causar danos e curtos-circuitos entre espiras. Este problema é especialmente pronunciado quando o isolamento do fio não é suficientemente resistente ao calor. A remoção de faixas e saliências das placas do estator é uma operação muito trabalhosa e não apenas inútil, mas até mesmo prejudicial. No entanto, acredita-se que as tiras de faixas devem ser removidas para que não causem curto-circuito nas placas do estator. Não há nenhuma justificativa para remover as saliências. Talvez isso seja feito para aumentar a área da janela do circuito magnético ou para reduzir um pouco o consumo do fio. Mas o fato é que o tamanho da janela do circuito magnético é, via de regra, suficiente e a economia de fio é muito pequena. As saliências das placas e do curativo geralmente são removidas com cinzel e martelo. Após essa remoção, muitos pontos de contato elétrico são formados entre as placas, o que pode criar caminhos para correntes parasitas no circuito magnético. O fluxo magnético na parte anular do núcleo magnético do motor elétrico e do transformador flui paralelamente às tiras de bandagem, sem cruzá-las, e não pode criar correntes parasitas nelas. A única diferença é que no estator do motor o fluxo é dividido em duas metades, fluindo em seções diametralmente opostas do circuito magnético do anel em uma direção, enquanto em um transformador um único fluxo flui ao longo do anel. Portanto, a seção transversal efetiva do mesmo circuito magnético em um transformador é aproximadamente duas vezes menor que em um motor, e o comprimento médio da linha de energia é maior. Como resultado, o número necessário de voltas do enrolamento do transformador é maior que o do enrolamento do motor para a mesma tensão. É melhor determiná-lo experimentalmente. O projeto do núcleo magnético do transformador da máquina de solda proposta é mostrado na Fig. 2. As tiras de fixação e as abas da placa do estator são deixadas no lugar. Para evitar que as espiras dos enrolamentos caiam entre as saliências das placas do estator, duas placas anulares 5 são fixadas nas extremidades de sua embalagem 3. Entre as saliências das placas do estator existem quatro pinos 4, isolados das placas do estator ( são utilizadas juntas que foram utilizadas no motor elétrico para isolar os enrolamentos). Os pinos são aparafusados nos racks 2 com rosca interna, fixados em uma base de madeira 1. Portanto, a carga do peso do transformador é transferida para a base 1 apenas através dos racks 2, e não através do isolamento dos fios. Isso permite aumentar a temperatura operacional máxima permitida do transformador sem o risco de deformação do isolamento do fio e curtos-circuitos.
Na parte superior do circuito magnético, suportes 4 com alça 6 de material não magnético (por exemplo, alumínio) são fixados em dois dos quatro pinos 7 que apertam a embalagem. É aconselhável fazer os suportes 6 e os racks 2 do mesmo material, mas não há grande necessidade disso. Para deixar mais espaço para o enrolamento, você pode usar apenas três pinos, colocando-os (em vista superior) nos vértices de um triângulo equilátero, mas depois terá que alterar o desenho da alça. O estator de um motor assíncrono com potência de 7,5 kW é utilizado como circuito magnético propriamente dito. O enrolamento I consiste em 305 voltas de fio de alumínio com seção transversal de 4 mm2 em isolamento plástico refratário. O enrolamento II é enrolado com dois fios de alumínio APV-10 com seção transversal de 10 mm dobrados entre si2 todo. Ele contém 77 voltas. As torneiras são feitas a partir da 48ª, 58ª e 69ª voltas. Para determinar o número necessário de voltas, um enrolamento de teste foi enrolado no núcleo magnético e sua indutância foi medida. O número de voltas do enrolamento I foi então calculado para obter uma reatância indutiva de 220 ohms na frequência de 50 Hz. Como resultado, a corrente sem carga do transformador foi de cerca de 1 A. Em seguida, com base na relação de transformação necessária, foi calculado o número de voltas do enrolamento II. O transformador de corrente T1 é feito em um núcleo magnético do transformador de varredura vertical de saída TVK-110. Seu enrolamento primário é uma volta de fio de montagem com seção transversal de 2,5 mm2. O enrolamento secundário contém 100 voltas de fio PEV-2 com diâmetro de 0,5 mm. Se um avômetro de ponteiro for usado como cabeçote de medição PA1 em um limite de medição de 0,5 A, então sua agulha será completamente desviada a uma corrente de 100 A através do enrolamento I. Tal margem de corrente de deflexão total é necessária devido ao fato de que durante o processo de soldagem, a corrente medida é contínua e muda bruscamente. Como resultado, a agulha de um dispositivo com baixa corrente de deflexão total freqüentemente atinge os batentes, o que leva à rápida falha do mecanismo de medição. A unidade de medição de corrente pode ser facilmente transferida para o circuito do enrolamento II do transformador T2. Mas não há grande necessidade disso. A relação de transformação é conhecida, e conhecendo a corrente no enrolamento I, o valor da corrente de soldagem sempre pode ser calculado. Os resistores R1-R4 do reostato são feitos de três fios de nicromo dobrados a partir de uma bobina de aquecimento elétrico de 2 kW. Esses resistores podem ficar muito quentes durante a operação da máquina de solda, por isso são instalados sobre uma base resistente ao calor feita de tijolo leve e resistente ao fogo, com orifícios por onde passam os fios de nicromo. Para deixar o reostato mais compacto, você pode cortar o tijolo em duas partes e usar apenas uma metade. Em vez de um reostato, você pode usar um acelerador com vários toques no enrolamento. Mas a massa e as dimensões do indutor são muito maiores do que as de um reostato feito de tijolo e fio de nicromo. A viabilidade de regular a corrente de soldagem com um indutor depende de diversas circunstâncias. Por exemplo, ao realizar um grande volume de trabalhos de soldagem, o indutor reduzirá o consumo de energia e, consequentemente, o seu custo, uma vez que a potência ativa por ele dissipada é insignificante. Caso seja necessário soldar com corrente alternada, o circuito de soldagem deve ser conectado ao rompimento do fio no ponto A (ver Fig. 1). Neste caso, os terminais do capacitor C1 devem ser fechados com um jumper capaz de suportar a corrente de soldagem sem aquecimento perceptível. Neste caso, o regulador de corrente funciona normalmente, mas não há aumento de tensão. Antes de realizar trabalhos de soldagem, é recomendado definir o modo de operação da máquina de solda na seguinte ordem. Primeiro, dependendo da potência necessária do arco de soldagem, defina a tensão de saída necessária com a chave SA2 e mova os controles deslizantes dos resistores variáveis R5 e R6 para a posição direita (de acordo com o diagrama). A seguir deve-se colocar a chave SA1 na posição desejada e, sem ligar o aparelho, conectar os terminais do capacitor C1 com um jumper. Depois de conectar o dispositivo à rede, use os resistores variáveis R5 e R6 para definir a corrente de curto-circuito em 30...50% a mais que a corrente de soldagem necessária. O modo de curto-circuito deve ser de curta duração, não superior a 2...3 s, após o qual o dispositivo deve ser desconectado da rede e o jumper deve ser removido dos terminais do capacitor C1. Agora você pode ligar a máquina novamente e começar a soldar. No futuro, a corrente poderá ser ajustada, se necessário, usando resistores variáveis R5 e R6. Os modos típicos de soldagem para várias peças são fornecidos na literatura especializada. O regulador tiristor usado na máquina de solda descrita é semelhante em estabilidade da corrente de saída ao descrito, por exemplo, em [2], mas o circuito é visivelmente mais simples. Isso se deve ao fato de não possuir retificador adicional para alimentar o circuito do eletrodo de controle do SCR. Mas pode ser introduzido construindo uma máquina de solda de acordo com o diagrama mostrado na Fig. 3. O enrolamento adicional III do transformador T2 deve conter 10 voltas de fio de montagem com seção transversal de 1,5 mm2 (para resistência mecânica). Neste caso, a tensão retificada no resistor R5, suavizada pelo capacitor C1, será de cerca de 10 V. A corrente dos eletrodos de controle dos tiristores não será pulsante, mas constante, dependendo da posição do controle deslizante do resistor variável R5.
Literatura
Autor: A. Sergeev
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