МУЛЬТИСВАРОЧНЫЙ УНИВЕРСАЛ

Почему «мультисварочный»? Потому что у этого сварочного трансформатора (СТ) много важных дополнительных функций. Если в традиционном «сварочнике», который имеет магнитопровод, собранный из П- и Ш-образных пластин, подчас некуда втиснуть хотя бы один-два вспомогательных витка, то в предлагаемой бубликообразной конструкции свободного места оказалось предостаточно. В итоге он способен и на переменном/постоянном токе варить «пятеркой», и аккумуляторы заряжать, и металл плавить, питать безопасным напряжением электровыжигатели в кружках «Умелые руки», а также выполнять массу других дел. Впору даже вопрос ставить по-другому: а какую еще обмотку и для каких целей желает дополнительно иметь пользователь такого СТ?!

Действительно, за сердечником «сварочника», который имеет вид «бублика», называемого в математике и технике тором, большое будущее. Понимая это, но не имея в своем распоряжении специальных тороидальных магнитопроводов промышленного изготовления, предназначенных исключительно для трансформаторов, самодельщики вынуждены приспосабливать для своих СТ цилиндрические эрзацы от статоров старых электродвигателей мощностью 1—1,5 кВт. Для этого корпуса электромоторов обычно просто разбивают, уложенные в пазах обмотки за ненадобностью выбрасывают, выступы полюсов вырубают. И все лишь для того, чтобы на получающиеся заготовки (скорее, напоминающие не бублики, а излишне тяжелые кособокие, бездонные бочки) наматывать толщу меди для достижения «суперцели» — варить сталь «пятеркой»!

Убежден: не надо корежить электродвигатели, даже если они пришли в негодность— рачительный хозяин всегда сможет и сгоревшие обмотки заново перемотать, и подызносившиеся подшипники заменить. Восстановленный двигатель способен еще на многое…

А для предлагаемого мной тороидального магнитопровода достаточно 5 — 6 кг лома трансформаторной стали. Более того, в качестве исходного материала здесь можно довольствоваться даже таким же количеством кровельного железа (отожженного).

Рис. 1. Формирование тороидального магнитопровода:

1 — основание формы; 2 — внешний цилиндр-опалубка («венчик» шестерни для запуска стартером автомобиля ГАЗ-53); 3 — внутренний цилиндр-опалубка (60-мм отрезок стальной трубы 100×6, слегка проточенный, обернутый двумя-тремя слоями бумаги); 4 — исходная масса (пластинки шириной 60—70 мм, нарезанные из лома от Ш- и П-образных пластин трансформаторной стали, покрытые быстросохнущим клеем типа конторского, гуммиарабиком или масляной краской и уложенные вперекрышку, с последующей забивкой пустот кровельными отходами)

Технология изготовления магнитопровода из такого сырья довольно проста (рис. 1). Весь лом плоской трансформаторной стали разрезается ножницами на полосы примерно одинаковой ширины.

Практика показывает, что чаще всего приходится иметь дело с прямоугольниками шириной 60—70 мм или чуть меньшими аналогами, нарезаемыми из П- и Ш-образных пластин. В дело идут и все «железотрансформаторные», а также кровельные отходы. После смазывания с обеих сторон каким-нибудь быстросохнущим клеем типа канцелярского («жидкое» стекло), гуммиарабика или даже дешевой масляной краской их плотно укладывают с небольшим перекрытием в опалубку (как при заливке полой бетонной колонны) из подручных материалов.

В авторской технологии внутренним цилиндром опалубки (рис.1) служит 60-мм отрезок стальной трубы 100×6 мм. Внутри его необходимо проточить слегка на конус и обернуть (чтобы впоследствии легче вынимать из «отлитого» магнитопровода) двумя-тремя слоями бумажной полосы. А в качестве внешнего используется съемный «венчик» шестерни (внутренний диаметр порядка 250 мм) — от системы запуска стартером автомобиля ГАЗ-53.

Разумеется, можно применять для опалубки и другие подходящие заготовки, способные выдерживать механические напряжения, возникающие при «отливке» тороидального магнитопровода. А они — немалые, особенно когда во все щелевые отверстия приходится молотком забивать мелкие пластины (желательно, чтобы те соответствовали ширине набора).

Как только клей высохнет, тороидальный сердечник можно считать практически готовым. Правда, на него еще необходимо сделать односторонне закругленные полукольца-«полубублики» из изоляционного материала. Хотя бы из фанеры —для лучшей укладки будущих обмоток и исключения замыканий на острые ребра магнитопровода. Этому же станет способствовать и предварительное обертывание тора двумя-тремя слоями киперной ленты, стеклоткани или тканевой полосы, пропитанной олифой.

Теперь об обмотках «сварочника». Наука утверждает, а практика со всей очевидностью доказывает, что трансформатор работает в наивыгоднейшем для него режиме, если в его обмотках через 1 мм² поперечного сечения медного провода проходит ток, равный 5 А. При экстремальных условиях этот показатель может увеличиваться до 13 А, но при этом провода сильно нагреваются и перегорают.

Для сварки даже 3-мм электродом требуется ток не менее 80 А. Значит, и сечение жил медного кабеля или силовой (сварочной) шины должно ему соответствовать. Взятое с солидным запасом, оно для добротного самодельного сварочного трансформатора обычно находится в пределах от 25 до 35 мм².

Отталкиваясь от уже упомянутых «минимальных сварочных» 80 А и учитывая широко практикуемое соотношение витков сетевой и силовой обмотки примерно 5:1, находим: ток сетевой обмотки должен быть не менее 16 А. Отсюда следует, что для монтажа сетевой обмотки надо брать медный провод сечением не менее 3,2 мм². Однако наилучший, пожалуй, вариант — ПЭВ2 диаметром 2—2,5 мм.

Принято считать (и это подтверждается практикой), что при «литом» магнитопроводе, имеющем площадь сечения по трансформаторной стали, равную 40 см2, каждый виток обмотки будет соответствовать напряжению в 1 В. Учитывая возможную нестабильность электропитания, сетевую обмотку следует сделать с запасом.

Ориентир — 250 витков. При этом после 190-го желательно предусмотреть (не разрезая провода!) через каждые десять витков отводы. Конечно же, переключатель для них должен быть достаточно надежным, с обеспечением хорошего электрического контакта во избежание больших потерь энергии и сильного нагрева во время работы СТ.

Рис. 2. Укладка витков сетевой обмотки «сварочника» (междуслойные изолирующие прокладки условно не показаны):

1 — тороидальный магнитопровод; 2 — односторонне закругленное полукольцо-«полубублик» из изоляционного материала (2 шт.); 3 — крепежная изолирующая прокладка (2—3 слоя киперной ленты, стеклоткани или тканевой полосы, пропитанной олифой); 4—провод сетевой обмотки (ПЭВ2, Ø2—2,5); 5 — деревянный челнок

Вообще-то намотка сетевой обмотки — операция довольно трудная. Выполнять ее приходится с помощью длинных деревянных челноков (рис. 2). Все делать аккуратно, не допуская перехлестывания витков, образования узелков и повреждения слоя изоляционного лака на проводе. В противном случае можно ожидать появления межвитковых замыканий и перегрева трансформатора.

Если расположить сердечник на двух опорах с мягким покрытием (подкладкой), исключающим повреждения изоляции провода при намотке СТ, то вся работа займет около двух часов. Закончить ее желательно «за один проход», чтобы обмотка не ослаблялась и получалась максимально плотной, с изолирующими прокладками между слоями.

После того, как сетевая будет намотана, неплохо проверить ее на холостом ходу. Если даже за продолжительное время работы магнитопровод с обмоткой станет лишь едва теплым, то все в порядке. Значительное нагревание — свидетельство того, что либо витков мало, либо имеет место межвитковое замыкание (а то и пробой обмотки на корпус!).

На двух-трехслойную изоляцию сетевой обмотки должна быть уложена вторичная — сварочная, или силовая. А это — от 40 до 80 витков медной шины или многожильного кабеля. Последний предпочтительней по следующим причинам: из него можно сразу сделать сварочные рукава; существенно облегчается намотка; увеличивается срок службы сварочной обмотки с одновременным упрощением условий эксплуатации, что особенно важно при экспериментировании с таким СТ. Кроме того, упрощается подсоединение выпрямителя и появляется возможность эффективного регулирования сварочного тока и напряжения путем выполнения элементарной операции — подмотки или отматывания витков кабеля.

Для самодельных не слишком мощных сварочных аппаратов желателен следующий график работы: минута — на сварку, две — на технологический перерыв для охлаждения СТ. Хороший результат дает применение небольших вентиляторов. Вероятно, еще большего можно достичь при использовании для охлаждения «сварочника» простейших теплоизлучающих радиаторов, а также минеральных масел, способных улучшить и изоляцию обмоток СТ.

Добротный сварочный трансформатор должен иметь крутопадающую характеристику. Добиться этого можно, разделив обмотку на две равные части. На одной стороне сердечника наматываются половина сетевой и половина силовой обмотки, а на другой — остальное (и чтобы впоследствии не путаться — в той же последовательности).

Нелишне, видимо, напомнить, что трансформатор — аппарат взаимообратимый: если к любой обмотке подключить переменное напряжение, на которое она рассчитана, то на других появляются те U~, для которых они и предназначены. Кстати, аналогично поступают многие радиолюбители при определении обмоток в неизвестном трансформаторе.

Учитывая вышесказанное, совсем не обязательно сетевую (первичную) обмотку ТС наматывать первой, а уже поверх нее — сварочную (вторичную). Очередность намотки, как и их порядковые номера, лишь условие для более быстрой и привычной ориентации в принципиальной электрической схеме «сварочника». Поэтому если, скажем, надо намотать одну из обмоток достаточно жесткой шиной, при укладывании которой придется прибегать к киянке, то, конечно же, такую «медь» удобнее располагать первой на сердечнике, дабы не повредить более податливые и уязвимые провода остальных обмоток.

И еще. Если на какую-то обмотку имеется достаточно провода, а для другой обмотки его очень мало, то сначала приступайте к той, где ваши возможности ограничены. Потому что при явной нехватке кабеля или шины на силовую (сварочную) обмотку, но при наличии мощных диодов— полупроводниковых вентилей становится выгодным отказаться от сварки на переменном токе в пользу постоянного (рис. 4). В этом случае напряжение от СТ, а следовательно, и число витков в сварочной обмотке достаточно иметь минимальные. Если шина — с поврежденной изоляцией, то рекомендуется ее сперва отжечь с охлаждением в воде (медь станет мягкой), заизолировать шеллаком и стеклотканью и лишь после этого приступать к наматыванию на магнитопровод.

Рис. 3. Варианты приспособлений для контакта «земля» — магнитный (а) и зажим типа «крокодил» (б):

1 — сварочный кабель; 2 — ручка; 3 — стальная накладка; 4 — кольцевой магнит-«прилипала»; 5 — винт (количество и расположение — по месту установки); 6 — половина самодельной «зубастой челюсти» прищепки (из отрезка стальной трубы подходящего типоразмера, 2 шт.); 7 — стальная ось, расклепанная с двух сторон; 8 — пружина

Рис. 4. Схемное решение сварочного выпрямителя с регулятором тока для самодельного мультисварочного трансформатора (R1 — спираль из нихромовой проволоки диаметром 3—5 мм с передвигаемым ножеобразным контактом)

Нередко у самодельщиков возникают затруднения с подключением силового кабеля к свариваемому изделию: то контакт плохой, то «прихватиться» не к чему. Помочь в таких ситуациях могут два варианта приспособлений (рис.4): магнитный контакт и зажим типа «крокодил». Обе самоделки предельно просты в изготовлении, быстро и удобно крепятся. При отсутствии должного контакта достаточно их немного потереть о деталь.

Неплохо также оснастить сетевую обмотку СТ стандартным автоматом АП, рассчитанным не менее чем на 30 А, — с его помощью удобно отключать трансформатор в паузах между сваркой. Это значительно сэкономит электричество, создаст благоприятные условия для своевременного охлаждения аппарата, сделает работу более безопасной. Ну а наличие мощного выпрямителя (рис.З) позволит, как уже отмечалось, использовать получившийся агрегат при зарядке аккумуляторов или организации многопостового питания, например, низковольтных паяльников и электровыжигателей в школьных кружках «Умелые руки». Более того, такой агрегат поистине незаменим, например, при производстве гальванических работ на дому или запуске автомобиля в холодных условиях.

Очень интересным и перспективным является оснащение СТ дополнительной обмоткой, содержащей всего лишь один полный виток из отожженной медной шины 5×50 мм или толстого многожильного медного кабеля диаметром около 20 мм (с концевиками из отрезков толстостенной медной трубы). Как показала практика, с помощью такой обмотки можно выполнять горячую свободную ковку, закалку и воронение, пайку и наплавку; гибку металлической полосы, трубы, толстого стального прута, «кругляка», хрупкой проволоки; литье олова, цинка, свинца; отвинчивание «прикипевших» болтов, шпилек и гаек; точечную сварку, горячую посадку и ряд других операций.

Как же производить плавную регулировку тока? Да хотя бы упоминавшимся выше способом — корректировкой силовой (кабельной) обмотки. При сматывании части ее с магнитопровода уменьшается напряжение с одновременным увеличением тока от СТ, зато ухудшаются, в частности, условия зажигания дуги. И наоборот: домотка кабеля приводит к возрастанию трансформируемого напряжения с одновременным снижением силы тока, отдаваемого в нагрузку. Электродуга при этом лучше зажигается.

Или другой вариант, когда сварочный кабель подключают к изделию не напрямую, а через несколько витков провода с высоким сопротивлением (например, нихромовым). Сколько резистентных витков — столько и ступеней регулировки сварочного тока. Дуга зажигается во всех случаях почти одинаково.

Регулировку тока СТ можно осуществить с помощью комбинированной задвижки, выполненной из трансформаторной стали и цветного металла. В этом случае на магнитопроводе выполняется поперечный пропил.

Сантехники, автомобилисты, ремонтники и просто любители мастерить все своими руками, этот «сварочник» со столь универсальными свойствами — для вас.

Р. КРАВЦОВ, г. Ейск, Краснодарский край