Transformador de soldagem com corrente de soldagem continuamente ajustável

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Possuindo um arquivo bastante extenso de documentação técnica sobre equipamentos de soldagem, nacionais e importados, comecei a processá-la e a sistematizar soluções técnicas utilizadas em equipamentos de soldagem. Naturalmente, esperava que com o envolvimento da Internet esta tarefa fosse simplificada e, talvez, fosse possível complementar a informação existente. Fazendo uma pesquisa constante não apenas na parte da Internet de língua russa, mas também na de língua inglesa, fiquei surpreso ao descobrir que as informações necessárias estavam quase totalmente ausentes ou apresentadas de forma muito esparsa.

Podemos falar de apenas alguns projetos amadores cujos autores os desenvolveram sem serem especialistas na área de equipamentos de soldagem e, portanto, foram guiados principalmente por conhecimentos na área de eletrônica, e não pelas propriedades de soldagem de equipamentos específicos. É por isso que os “soldadores” amadores não proporcionam fácil ignição do arco, soldagem “suave” sem respingos significativos do metal dos eletrodos ou do fio de soldagem.

A base de todas as máquinas de solda é a fonte atual. O mais simples e, aparentemente, o mais comum é o transformador de soldagem. Ao soldar com eletrodos revestidos, a excitação do arco de soldagem começa com um curto-circuito do circuito de soldagem - o contato entre o eletrodo e a peça de trabalho. Isso gera calor e a área de contato aquece rapidamente. Nesta fase, é necessário aumentar a tensão da fonte. Posteriormente, a resistência do intervalo do arco diminui, o que leva a uma diminuição da tensão.

Durante o processo de soldagem, gotas de metal do eletrodo se desprendem do eletrodo e entram na poça de fusão, causando curtos-circuitos frequentes no circuito de soldagem. Com cada curto-circuito sucessivo, a tensão cai para zero e ocorre um aumento semelhante a uma avalanche na corrente até o nível da corrente de curto-circuito, ou seja, corrente que a fonte de soldagem pode fornecer no máximo. Isso, por sua vez, leva a respingos do metal do eletrodo, que deveria preencher a costura. Os soldadores dizem que a soldagem é “dura”, respinga e a costura está mal formada.

Com base nas condições sob as quais ocorre o processo de soldagem, é possível determinar quais requisitos a fonte de energia do arco de soldagem deve atender:

1. A tensão “sem carga” deve ser suficiente para iniciar facilmente um arco e ao mesmo tempo não deve atingir valores perigosos para a vida humana. Isto é especialmente verdadeiro para fontes AC.
2. A tensão do arco deve responder rapidamente ao comprimento do arco, ou seja, a fonte deve ter boas propriedades dinâmicas. A característica estática de uma fonte para soldagem manual, expressando a dependência da tensão de saída em função da corrente que flui, deve ter uma inclinação claramente definida. Este tipo de curva é chamada de dependência de queda acentuada U_ist=f(eu_St.).
3. A magnitude da corrente de curto-circuito deve ser limitada devido às propriedades da fonte e não exceder a corrente de soldagem em mais de 40...50%. Também deve ser assegurado que o circuito de soldagem permaneça em modo de curto-circuito por um longo período sem superaquecer ou danificar os enrolamentos.

Os requisitos acima são apenas parcialmente atendidos em vários projetos amadores. Isto é especialmente verdadeiro para garantir a inclinação do gráfico U_ist=f(eu_St.) e requisitos relativos à segurança das tensões de saída.

A situação não é melhor com os métodos de ajuste da corrente de soldagem. Na grande maioria dos projetos amadores, tudo se resume a fazer derivações adicionais no enrolamento primário do transformador. Esta solução, embora óbvia do ponto de vista da simplicidade, leva, no entanto, a uma complicação do projeto da parte mais cara da máquina de soldar - o seu transformador, e a um aumento no seu custo.

O design inclui interruptores com contatos móveis, que são um dos elementos menos confiáveis. E o nível técnico de execução de tal dispositivo é primitivo. É verdade que existem estruturas com elementos móveis (bobinas ou derivações magnéticas). Mas tais projetos implicam a necessidade de fabricar componentes mecânicos adicionais, o que muitos não gostariam de fazer e que aumentam significativamente a complexidade da estrutura como um todo.

Onde está a solução para o atual problema do regulador? Uma solução para o problema de um transformador de soldagem ajustável monofásico é o uso de um chamado transformador tiristorizado, ou seja, um transformador convencional com dois enrolamentos (primário e secundário), equipado com regulador tiristorizado. Quase todos os circuitos dessas instalações de soldagem amadora têm a desvantagem de que seus autores transferem dos circuitos dos reguladores de fase convencionais projetados para controlar o aquecimento de fornos elétricos ou alterar o brilho das lâmpadas incandescentes.

Com a construção tradicional da parte de potência dos reguladores de fase tiristorizados, ao tentar fornecer correntes baixas, as pausas entre os pulsos tornam-se tão significativas que nenhuma medida adicional consegue estabilizar o arco. Mas a especificidade do circuito projetado para trabalhar com equipamentos de soldagem é que é necessário garantir a continuidade do arco sem levar à desionização do intervalo do arco e à extinção do arco nas pausas entre os pulsos. Diante deste problema, é útil lembrar que na soldagem não há necessidade de ajustar a corrente de zero ao máximo. Basta ajustá-lo na faixa de valores necessária.

Em equipamentos de soldagem industrial deste tipo, são introduzidos circuitos especiais para alimentar o arco nas pausas entre os pulsos. A Figura 1 mostra o diagrama de conexão de um transformador de soldagem com regulador tiristorizado no circuito de seu enrolamento primário.

O enrolamento primário do transformador é conectado através de uma bobina com uma indutância bastante grande. Dois tiristores do regulador são conectados em paralelo ao indutor. Com tiristores completamente fechados, a corrente do transformador é limitada por uma bobina que possui uma reatância indutiva bastante grande. Os tiristores, ao abrirem, contornam o indutor, o que acaba levando a um aumento na corrente de soldagem. Em qualquer ângulo de abertura dos tiristores, a corrente do enrolamento primário nas pausas entre os pulsos não diminui a zero, garantindo assim a queima estável do arco em qualquer corrente de soldagem. De acordo com um esquema semelhante, nos últimos anos a indústria produziu em massa o transformador de soldagem TZR-500.

O Choke Dr1 (Fig. 2) pode ser enrolado no ferro do transformador, semelhante ao núcleo de um transformador de soldagem.

A área da seção transversal do núcleo do indutor para um transformador para uma corrente de soldagem de 120...160 A deve ser de aproximadamente 40x50 mm. O diâmetro do fio é escolhido igual ao diâmetro do fio do enrolamento primário. O número de voltas é 80-120. O entreferro é de cerca de 1,5 mm. Estes números são muito aproximados e requerem alguns esclarecimentos para um projeto específico.

Os dados do transformador T1 são determinados com base em dados iniciais como a tensão de alimentação da rede, a corrente máxima de soldagem e a tensão no enrolamento secundário sem carga.

As vantagens do esquema indicado a seguir são a regulação suave e a possibilidade de utilização de um transformador pronto com apenas dois enrolamentos sem derivações. A desvantagem é a necessidade de instalar um acelerador bastante potente. Como circuito de controle para um regulador de fase, um circuito de quase qualquer regulador pode ser usado, fornecendo ligação do ângulo de abertura dos tiristores à transição através de “0” dos pulsos da rede e controle de dois tiristores conectados costas com costas . Pode ser um regulador com transformador de pulso na saída e com tiristores optoacopladores. Uma solução interessante e moderna poderia ser implementar um circuito de controle de tiristor controlador baseado em um microcontrolador com uma unidade de display digital. Se você complementar o circuito regulador de fase com circuitos de feedback, será possível formar uma dependência da tensão na corrente de soldagem.

Autor: A. M. Semernev

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