Электродуговая сварка из супер конденсаторов

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Конденсаторный сварочный аппарат для аккумуляторов

Аккумуляторы. Их трудно паять, поэтому приходится сваривать. И если их много — тогда без специального сварочника точно не обойтись. И для данных целей как нельзя лучше подходит конденсаторный СА.

Соединения, создаваемые током короткого замыкания конденсаторов, представляют собой смешение атомов обоих соединенных металлов, а ток, протекающий за долю секунды, очень велик. Его значение зависит от Uc и результирующего сопротивления короткого замыкания Rw. Для Uc = 55V и Rw = 0,1 Ом Iz = 550A в течение времени, зависящего от значения tal = C х Rw. При использовании постоянного напряжения от сети конденсаторы заряжаются до Uc = 322 В. Тогда ток Iz будет Iz = 3220A. Была установлена продолжительность этого импульса. Он колеблется от 0,005 до 0,015 с. Чтобы избежать сварки контактов, используются тиристоры. Емкость конденсаторов выбирается в зависимости от требуемого диаметра точки сварки. Требуемое напряжение ниже для деталей из меди и выше для стали, из-за сопротивления цепи короткого замыкания.

Для конструкции этого самодельного сварочного аппарата использовался предварительно сконструированный штатив от сверлильного станка.

Основными элементами схемы являются тиристоры, конденсаторы, медные электроды, источник питания. Тиристор в оригинальной версии был TK 1202 K, но после нескольких десятков сварных швов он получил непонятно почему пробой. Может он был слишком слаб, спецификация этого тиристора отсутствовала, поэтому максимальный ток под вопросом.

На данный момент поставлен гораздо более мощный импульсный тиристор T 987-630-12 с током 630 A. Для его использования пришлось построить специальный держатель-радиатор.

Еще один элемент — конденсаторный блок. Это 10 штук 33000 мкФ на 35 В конденсаторов, соединенных параллельно на одной плате. Важно укрепить дорожки оловом и даже проволокой, потому что они не выдерживают токов, протекающих там. Батарея запасает примерно 100 Вт энергии. Если разряд длится 0,001 с, мощность такой сварки в импульсе составит 100 кВт.

И еще: батарея конденсатора должна быть обязательно собрана из нескольких конденсаторов с меньшей емкостью. Использование одиночных конденсаторов с тысячами микрофарад — плохая идея. Они дадут меньше тока да и быстро сгорят.

Следующим элементом являются электроды.

Это два медных стержня диаметром 10 мм сверху, отверстия с резьбой для завинчивания проводов, снизу с отверстиями 3,5 мм для крепления электродов из медного провода, заостренного с трех сторон. Между стержнями текстолитовая пластинка в качестве изолятора. Острия электродов приблизительно 0,8 x 0,8 мм.

Сварочный аппарат после сборки выглядит примерно так:

В рычаге опускания сделана кнопка — переключатель, прикрепленный болтами к боковой части штатива, который активирует включение сварочной машины.

Блок питания сварочной установки

Последний элемент — это источник питания. Трансформатор 24 В, диодный мост, лампочка, являющаяся ограничением тока во время зарядки, а также компонент для разрядки конденсаторов.

Схема конденсаторного сварочника

Теперь схема: переключатель в источнике питания разряжает конденсаторы после завершения работы и до отключения. Конденсаторы заряжаются до 36 В и во время первой фазы зарядки лампочка в блоке питания 24 В 55 Вт медленно загорается. После искры она также светит и защищает источник питания во время короткого замыкания электродов. После получения сварного шва и отхода электродов от аккумулятора конденсаторы заряжаются.

В целом стоимость проекта составила лишь 1000 рублей на конденсаторы. Остальные элементы не могут быть оценены, потому что они были в запасах дома.

Хотя конечно было бы неплохо использовать регулируемый стабилизатор для зарядки конденсаторов до определенного напряжения. Позднее добавим индикатор готовности сварки после зарядки конденсаторов.

Достоинства и недостатки СА на конденсаторах

Поскольку сварной шов это всего две точки, вероятность хорошего сварного соединения очень высока (около 99%). Также здесь ничего не греется. Сварные швы становятся холодными сразу после сварки, потому что это всего лишь короткий импульс и несколько мелких искр. Давление почти постоянное благодаря пружинам, ход электрода составляет около 2 мм. Вот фотографии сварных швов. Таким образом, плюсы и минусы этого СА следующие:

Достоинства

  • очень короткий импульс сварки
  • хорошая настройка сварочной мощности
  • быстрая генерация тепла и сварка элементов
  • легкая конструкция
  • немного компонентов
  • возможность работы от батареи, портативность
  • высокая повторяемость правильных сварных швов

Недостатки

  • большая стоимость исполнения
  • более быстрое разрушение конденсаторов
  • более длительный период ожидания для полной мощности
  • не предназначен для сварки листового металла более 1 мм.

Но несмотря на множество недостатков сварочной машины с конденсаторами, её определенно можно советовать для самостоятельной сборки, потому что если все хорошо подобрать — работает очень быстро и безопасно. Это идеальное решение для сварки батарейных ячеек, а также для ювелирных изделий. Заметим, что сварку аккумуляторов лучше всего делать с использованием цинковой пластины. Цинковая фольга может быть куплена в катушке.

Заключение

Можете использовать трансформаторы малой мощности для зарядки конденсаторов, но тогда нужно выбрать резистор соответственно с максимальным током зарядки, иначе он быстро нагреется и сгорит. Готовность возникает из-за достижения напряжения постоянного тока на конденсаторе, что является результатом преобразования переменного напряжения (для сети 50 Гц это около 1,41 х значение переменного напряжения), и это можно контролировать, например, вольтметром. Очевидно следует использовать специальные конденсаторы для импульсной работы. Стоит позаботиться о том, чтобы допустимое рабочее напряжение конденсаторов находилось с определенным запасом по отношению к предполагаемому значению.

Схема и принцип работы самодельной конденсаторной сварки

Конденсаторная сварка является одним из видов контактной сварки, которую активно используют в промышленности, а также для выполнения сварных операций своими руками в быту.

Технологическая схема операции следующая: в конденсаторах при их зарядке от выпрямителя осуществляется накопление энергии, которая при разряде трансформируется в тепловую энергию.

С помощью этой энергии и осуществляется соединение кромок металлических изделий. Расскажем, как выполнить конденсаторную сварку своими руками: схема и описание технологии.

Конденсаторная сварка: что это такое

Конденсаторная сварка своими руками была разработана еще в 30-х годах XX века. Сегодня эта технология активно используется предприятиями промышленности и умельцами с целью выполнения бытовых сварных операций.

Особенно популярна такая технология в цехах ремонта кузовов транспортных средств: в отличие от дугового, при конденсаторном методе создания сварного шва не происходит прожигание и деформация тонких стенок листов кузовных деталей. В последующее время соединенным деталям кузова не нужна дополнительная рихтовка.

Такую технологию применяют в радиоэлектронике для соединения изделий, не паяющихся посредством обычных флюсов или выходящих из строя при перегреве.

Активно применяются аппараты конденсаторной сварки ювелирами при изготовлении и ремонте ювелирных украшений, на предприятиях, выпускающих коммуникационные шкафы, лабораторное, медицинское, пищевое оборудование, при строительстве зданий, мостов, инженерных коммуникаций.

Столь широкое распространение можно объяснить действием ряда факторов:

  • простая конструкция сварочного аппарата, который при желании можно собрать своими руками;
  • точечная сварка отличается относительно низкой энергоемкостью и малыми нагрузками, создаваемыми на электрическую сеть;
  • высокие показатели производительности, что крайне важно при серийном производстве;
  • возможность снизить термическое влияние на соединяемые поверхности, что позволяет сваривать детали малых размеров и работать с теми конструкциями, стенки которых чрезмерно тонки и могут деформироваться при обычной сварке.

Правила осуществления сварных операций с помощью энергии конденсаторов регламентируются ГОСТ. Принцип технологии основывается на трансформации энергии электрического заряда, накопленного на конденсаторах, в тепловую энергию.

При соприкосновении электродов происходит разряд и образуется электрическая дуга краткого действия. За счёт выделяемого ею тепла кромки соединяемых деталей из металла плавятся, образуя сварной шов.

При конденсаторной сварке ток подается на сварной электрод в виде кратковременного импульса высокой мощности, который получается за счет монтажа в оборудование конденсаторов большой емкости.

В случае использования контактной сварки ток непрерывен. В этом заключается основное отличие этих видов выполнения сварных операций.

В итоге, мастер может достичь высоких показателей двух важных параметров:

  • на термический нагрев соединяемых деталей требуется гораздо меньше времени, что особенно ценно для производителей электронных компонентов;
  • ток, используемый для соединения деталей, обладает высокой мощностью, поэтому и сами сварные швы получаются более качественными.

В процессе сварных операций для крепления элементов и узлов разных изделий могут потребоваться разные по разновидности и назначению шпильки.

Достоинством конденсаторной сварки является возможность уменьшить площадь термического воздействия, снизить напряжение и свести к нулю риск деформации поверхностей ввиду высокой плотности энергии и кратковременности сварного импульса. Технология позволяет работать с цветными металлами с малой толщиной.

Также отметим, что огромным плюсом конденсаторного сварного аппарата является его компактность. Для применения такой технологии на практике не потребуется мощный источник питания, устройство можно заряжать между переносом электрода к следующей точке.

Выполняем конденсаторную сварку своими руками

Контактная сварка применяется сварщиками, поэтому купить заводской аппарат для ее выполнения несложно.

Модели, в отличие от агрегатов для точечной сварки, отличаются простой конструкцией, несложным управлением и стоят недорого, но многие умельцы все же принимают решение, собрать сварной аппарат конденсаторного типа своими руками. Это позволяет сэкономить деньги, реализовать собственный талант.

Выполнения данного задания требует от мастера следующего:

  • найти в интернете нужную схему и подробное описание конструкционных особенностей агрегата;
  • уяснить механизм работы устройства;
  • подобрать актуальные материалы и приспособления: шпильки приварные, сварные электроды и т.п.

Механизм функционирования аппарата для конденсаторной сварки:

  • ток направляется через первичную обмотку питающего трансформатора, выпрямитель, представленный диодным мостом;
  • на диагонали моста осуществляется подача управляющего сигнала тиристора с кнопкой запуска;
  • в цепи тиристора вставлен конденсатор для накопления сварного импульса, который также нужно подключить к диагонали выпрямителя и первичной обмотке трансформаторной катушки.

Соединение участков металлических конструкций осуществляется при сильном электрическом влиянии, накопленном в двухполюсниках, а сам процесс делится на три категории:

  1. Контактная сварка.
    Предполагает плотное прижатие заготовок друг к другу с последующим соприкосновением электродов к данному месту. Энергия, подающаяся на ограниченное пространство настолько велика, что это приводит к быстрому расплавлению и дальнейшему прикреплению кромок деталей.
  2. Ударная технология.
    Также предполагает соединение отдельных деталей из металла в единую конструкцию, но электричество подается к месту сваривания в виде кратковременного удара. Такая технология позволяет уменьшить продолжительность сварной операции до 1,5 м/с;
  3. Точечная техника.
    При использовании такого вида сварки потребуется два медных контакта, касающиеся объекта с двух граней. В результате изделия скрепляются в точке прикосновения к электроду.

С ее помощью на стенку конструкции приваривается специальная шпилька для конденсаторной сварки, а уже на нее фиксируют прибор. Шпильку помещают напротив основного металла и настраивают оборудование для выполнения операции приварки.

Дуга плавит основание шпильки и соответствующую ему площадь основного металла, после чего изделие вводят в сварную ванну и фиксируют на поверхности до тех пор, пока металлы не остынут. На выполнение такого шва потребуются миллисекунды, но он будет надежен и долговечен.

Схема при конденсаторной сварке

Конденсаторная точечная сварка своими руками легко выполняется даже малоопытным сварщиком.

Ее основа ‒ электрическая схема с применением конденсаторов:

  1. Первичная обмотка проводится через выпрямитель, представленный диодным мостом.
    Затем она подключается к источнику напряжения.
  2. Тиристор подает сигнал на мостовую диагональ и управляется кнопкой запуска.
    Конденсатор подключается к сети тиристора, диодному мосту и выводится на первичную обмотку.
  3. Зарядить конденсатор можно путем, включения вспомогательной цепи с выпрямителем и трансформатором.

Конденсаторная сварка аккумуляторов своими руками осуществляется в следующей последовательности действий со стороны мастера:

  • нажатие пусковой кнопки, запускающей временное реле;
  • включение трансформатора при помощи тиристоров, после реле отключается;
  • использование резистора с целью определения длительности импульса.

Требования к конденсаторной сварке

Сварные конденсаторы применяются в промышленном масштабе и в условиях небольших мастерских. В любом варианте нельзя нарушать технологию сварки для аккумуляторов своими руками, иначе сварные швы получаться низкокачественными.

Соблюдение следующих условий позволит получить действительно качественный результат работы:

  • обеспечьте подачу кратковременного импульса в течение временного промежутка до 0,1 с, а также последующее накопление энергозаряда от источника питания для нового импульса за максимально краткое время;
  • позаботьтесь о хорошем контакте свариваемых деталей путем достаточного давления электрода на детали в момент подачи сварочного импульса;
  • разжимание электродов производите с задержкой, дабы расплав остывал под давлением и улучшался режим кристаллизации металла сварного шва;
  • диаметр точки, образуемой на металле от контакта с электродом, должен быть крупнее, нежели самая тонкая свариваемая заготовка в 2 раза;
  • тщательно очистите поверхность свариваемых заготовок перед сваркой, дабы окисные пленки и ржавчина не спровоцировали существенное сопротивление для тока.

Конденсаторную точечную сварку осуществлять своими руками можно только при условии сборки агрегата с минимум двумя блоками: источником сварного импульса и сварочного блока. Также крайне важно предусмотреть возможность регулировки режима сварки и защиты.

Особенно важно придерживаться правил безопасной работы со сварным аппаратом, которые предполагают следующие пункты:

  • для защиты глаз от искр от сварного аппарата надевают специальную маску;
  • обезопасить кожу рук от ожога помогут перчатки, а тело – специальный защитный комбинезон;
  • на ноги сварщика надевают ботинки с подошвой из плотного материала, не позволяющего повредить пальцы и ступню при работе.

Конструкции контактного блока

Контактный блок конденсаторной сварки ответственен за фиксацию и перемещение сварных электродов. В большинстве случаев фиксация обоих стержней осуществляется вручную.

Более качественный вариант обеспечивает надежную фиксацию нижнего стержня, но оставляет подвижным верхний стержень. В данном случае верхний медный прут закрепляется так, чтобы он свободно двигался в вертикальной плоскости. А нижний ‒ оставляют в неподвижном состоянии.

Также на верхней части монтируют регулятор винтового образца, позволяющий создавать дополнительное давление. Главное, чтобы верхняя площадка и основание энергоблока имели хорошую изоляцию друг от друга. Некоторые модели сверху оснащены фонарем, что делает работу более комфортной.

При конструировании конденсаторной сварки своими руками потребуется иметь следующие детали:

  • конденсатор, емкостью 1000-2000 мкФ, мощностью 10 В, напряжением 15;
  • трансформатор требуемого размера ‒ 7 см, произведенный из сердечника типа Ш40;
  • первичная обмотка, сделанная из трехсот слоев провода с диаметром 8 мм;
  • вторичная обмотка из десяти обмоток медной шины;
  • пусковик серии МТТ4К, включающий параллельные тиристоры, диоды и резистор.
Читайте также:  Как сделать электрическую ловушку для мышей и крыс

Особенности работы самодельного агрегата

Осуществить ударную конденсаторную сварку можно с помощью специального аппарата заводского производства, который продается в специализированных магазинах. Однако, вполне реально изготовить сварку конденсаторного типа самостоятельно в условиях маленькой мастерской.

Изготовленные своими силами агрегаты демонстрируют высокие эксплуатационные параметры и в работе не уступают заводским моделям.

Перед работой самодельному аппарату для сварки, использующему энергию конденсаторов, задают основные параметры функционирования:

  • напряжение в зоне контактной сварки металлоизделий;
  • вид и сила тока;
  • длительность действия сварного импульса;
  • число и размеры сварной проволоки, применяемой в работе.

Платы управления, присутствующие в конструкции и заводских, и самодельных сварочных агрегатов, предоставляют мастеру возможность привести поступающее напряжение и постоянную величину тока к стабильному значению. Самодельный агрегат важно оснастить переключателем для выполнения сварки электродами без особенных трудностей.

Самодельные агрегаты, как и заводские модели, долговечны, просты в использовании, если при их конструировании придерживаться схемы, технологических требований и норм безопасности.

А технические параметры изготовленной своими силами модели должны соответствовать характеристикам заводских конструкций. Тогда аппарат позволит даже малоопытному сварщику выполнять надежные и долговечные сварные швы методом конденсаторной сварки.

Такие дефекты могут свести на нет усилия сварщика, став преградой для качественного соединения расплавленных кромок изделий.

Подведем итоги

Конденсаторная сварка актуальна при необходимости соединить детали из цветных металлов в единую конструкцию.

Технология имеет ряд достоинств, среди которых особенно ценна возможность уменьшить площадь термовоздействия, снизить напряжение и устранить риск деформации металлоповерхностей. Аппараты для конденсаторной сварки просты в использовании и легко собираются своими руками, что позволяет сэкономить.


Конденсаторная сварка

Технология известна с 30-х годов прошлого столетия, однако, она не утратила актуальности и по сей день. Данный способ предназначен для скрепления маленьких деталей между собой, а популярнейшими материалами для таких процедур являются алюминий и медь. Благодаря простоте и возможности использовать устройство в частном производстве такая разновидность набрала популярность среди начинающих сварщиков, и её легко сделать самостоятельно.

Отличительные особенности

Стандартное сваривание подразумевает эксплуатацию сложной аппаратуры, где используются специальные электроды. Их прикладывают к обрабатываемой поверхности, что создаёт воспламенение обмотки, приводящее к расплавке металлопроката. Далее расплавленный металл перетекает в ванну, где после застывания скрепляет элементы. С таким делом справиться лишь опытный человек, а выделяемый газ и ультрафиолет окажут негативное следствие на организм. Следует отметить, что этой системой невозможно приварить мелкие составляющие.

Конденсаторная сварка не вредит экологии, а после манипуляций на плоскости практически не остаётся следов внешнего воздействия. Также этот подход поможет сэкономить электричество, и для процесса требуется минимум средств индивидуальной защиты. Прибор не требует охлаждения, и на всё уйдёт минимум времени. Особенным моментом можно назвать высокую точность и аккуратность соединения. Оборудование компактное, а область его применения – микросварка и электросварка больших сечений.

Принцип действия

Объекты плотно скрепляются двумя проводниками, на которые подаётся кратковременный разряд электричества. Подобная реакция основывает дугу, которая своим жаром расплавляет сталь. После импульса продолжается сжатие под нагрузкой, что делает общий шов для пары предметов. Если рассматривать мероприятие подробнее, то она проходит так:

  • накопительные конденсаторы собирают нужную энергию, которая поступает через первичную цепь;
  • при контакте электрода с обрабатываемым материалом поступает интенсивный всплеск частиц, способствующий нагреву и плавке металлопроката;
  • далее всё происходит повторно и в такой же последовательности.

Схема конденсаторной сварки ударного типа

Деятельность можно проводить с ограниченным количеством прокатов, и с толщиной не более 0,15 см.

Важно! Такой манерой возможно приварить тонкую проволоку к твёрдой стальной поверхности, при этом химические составы сплавов могут значительно отличаться.

Нужно отметить, что результат присоединения получается с очень положительными свойствами, а для агрегата не придётся покупать расходные компоненты. Во время применения допускается проявление нагрузки, которая создаёт помехи в электросети. Несмотря на это, конденсаторный подход закрепления широко распространён как в крупной промышленности, так и в частном использовании.

Разновидности

Склёпывание обоих участков случается благодаря сильному электрическому влиянию, которое накапливается в двухполюсниках, а сам процесс разделяется на три категории:

  • контактная подразумевает плотное прижатие обеих заготовок, и соприкосновение электродов к необходимому месту. В результате касания на небольшое пространство предмета подаётся электроэнергия, температура которой способствует расплавке и будущему прикреплению. Относительно напряжения, оно равно 15 кА, и действует на протяжении 0,3 сек;
  • ударная технология также рассчитана на присоединение обоих элементов, однако, подача электричества осуществляется при помощи кратковременного удара. Срок операций уменьшается до 1,5 м/с, что сокращает область плавления;
  • точечная техника. В этой ситуации понадобится два медных контакта, которые касаются объекта с двух граней. Интенсивность тока достигает 10 кА, а скрепление изделий случается в точке прикосновения.

Один аппарат для конденсаторной сварки может создаваться по-разному и иметь различное назначение: бестрансформаторный и трансформаторный принцип.

В первом случае воздействие электротока принимается на плоскость заготовки, а производиться склёпка путём подачи импульса с силой до 100 А, и в течении 0,005 сек. В определённых обстоятельствах ток имеет возможность достигать 1,2 кА и при напряжении в 60 В. Здесь продолжительность равняется 0,6 сек.

Во втором варианте разряд производится на вторичную обмотку, и с неё передаётся на место связи. Касательно параметров влияния можно сказать, что оно составляет 1 кВ, (на вторичном мотке 6 кА). Протяжённость всех изменений – 0,001 с.

Принцип точечного способа

Это считается одним из самых распространённых типов в быту. Суть заключается в параллельном прикреплении пары сплавов, после чего их с обеих сторон фиксируют проводниками. После сквозь структуру проходит электрический ток большой силы, что служит причиной расплавления и дальнейшего плотного примыкания металла на необходимом участке. Также течение энергии сможет пройти толщу 0,4-0,12 миллиметров. Протяжённость явления достигает одной миллисекунды (не более), и за это время успевает сформироваться общее ядро.

Так можно проводить ремонт кабелей, восстановление бытовых электроприборов, переделку мелких автомобильных составных и иное. А главное достоинство – для неё не требуется покупать дорогостоящее оборудование. Аналог такой установки сможет сделать любой человек в домашних условиях.

Требования к конденсаторной сварке

Для изготовления высококачественной конструкции рекомендуется учитывать некоторые правила:

  • создаётся хорошая поставка краткосрочного потока, с периодом деятельности не более одной миллисекунды;
  • обеспечивается быстрое накопление новой энергии для следующего действия (за максимально короткий срок);
  • проводники в силах крепко удерживать листы, при этом они должны быстро отсоединятся для снижения температуры;
  • стержни выбираются из меди, а их толщина обязана быть в три раза больше, чем самое тонкое место листка;
  • перед обработкой тщательно очищается объект от ржавчины, грязи и жира.

Конденсаторная сварка, созданная своими руками, будет хорошей только при наличии 2-х энергоблоков. Помимо прочего следует предусмотреть регулировку величины потока для разных типов работ, и позаботиться о высококачественных средствах безопасности.

Простая схема для точечной сварки

Тут актуально рассмотреть упрощённую модель, которая передаёт импульс через электромагнитное устройство. В ходе работы надлежит подключить первый провод непосредственно к детали, а второстепенный к передатчику. Прижатие составляющих возможно с использованием «крокодила». Схема прибора выглядит следующим образом: первичный трансформаторный моток подключается к сети (один его конец проводиться через диодный мост). К другой стороне этого же моста поступается сигнал с тиристора.

Схема точечной сварки

После запуска заряд будет накапливаться в транзисторах (они располагаются в цепочке полупроводникового приспособления и подключены к мосту трансформатора). С этого звена в дальнейшем будет браться электроток.

Последовательность происходит следующей манерой: сначала идёт зарядка двухполюсников от электросети. После пуска отключается зарядка, и ток переходит на электромагнитное устройство минуя резистор. Продолжительность можно контролировать при помощи специального регулятора.

Именно трансформатор относится к ключевым звеньям модуля. Его можно сформировать на подобии сердечника с габаритами 40 на 70 (длинна и ширина). Первичный слой изготавливается из 0,08 см кабеля, и оборачивается 300 раз. Вторичный делается проволочной шиной с размером 2 см, и ей делается 10 оборотов. Трансформатор можно взять любой, однако, его мощность обязана быть 10 Вт, а напряжение 15 В.

Аппарат с повышенной мощностью

Тут необходимо переделывать агрегат по другой методике, но это даст возможность сваривать более толстые листы и проволоку. Это также самодельная конструкция, но конденсаторная сварка получиться ничуть не хуже. Чтобы её сотворить потребуется: пускатель MTT4K с током 8 А и возвратным напряжением 800 В. К модулю управления присоединены тиристоры, пара диодов и один резистор.

Все реакции протекают, как и в предыдущем случае, но здесь нужно уделить внимание выбору конденсаторов. Их наличие – 3 пары со следующей мощностью:

При этом напряжение повинно быть не меньше 50 В. Также потребуется герконовое реле с напряжением 20 В. Что касается обмотки, то тут понадобиться 1,5 мм провод и шина с 60 мм 2 . Сила электротока в зоне варки будет достигать 1500 А.

Разумеется, такой аппаратурой не получиться приварить трубы или арматуру, но для малых дел она будет отличным помощником.

Контактный блок

Приспособление отвечает за крепёж и перемещение стержней. В большинстве ситуаций установка предусматривает фиксацию ручного образца. Более качественное же фиксирует нижний, и делает подвижным верхний стержень (готовый блок напоминает слесарные тиски). Здесь закрепляется медный прут небольшой длинны и с окружностью 0.8 см. Он должен свободно двигаться в вертикальной плоскости. Нижний же остаётся в неподвижном состоянии. Также на верхней части устанавливается регулятор винтового образца, благодаря которому можно создать дополнительное давление. При этом верхняя площадка и основание энергоблока должны быть наделены хорошей изоляцией друг от друга. В некоторых моделях сверху можно прикрепить фонарь, это придаст дополнительное удобство для работы.

Проведение конденсаторной точечной сварки

Всё проводится в несколько простых этапов:

  • Подготовка изделий. Качественное склёпывание удастся при идеально чистых поверхностях. На них не должно быть грязи, коррозии, посторонних смесей и прочего.
  • Соединение частей. Здесь сплавы размещаются требуемым образом, устанавливаются между двумя контактами и ими же сдавливаются. После нажатия на кнопку запуска начинается процедура сваривания, а по окончанию электроды отсоединяются.
  • Повтор. Второй пункт повторяется до тех пор, пока вся площадь не будет надёжно сварена.

Также сварщику понадобятся вспомогательные строительные инструменты: зубило, молоток, циркуль, нож, наждака и иное. Ими проводиться подготовка, выравнивание и разметка металла. Несмотря на простоту всего процесса работник повинен строго соблюдать технику безопасности. Пренебрежение этого правила может привести к удару током или возгоранию.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Конденсаторная сварка

Способ соединения металлических деталей с помощью электросварки способствовал развитию технического прогресса в области машиностроения, строительства и других отраслей народного хозяйства. Конденсаторная сварка, как разновидность такого способа соединения деталей, стала применяться в Советском Союзе в конце тридцатых годов 20-го века.

Что такое конденсаторная сварка (КС)

Для того чтобы соединить между собой две заготовки малой толщины электродуговой сваркой, нужно очень постараться. Электрическая дуга легко прожигает тонкий металл. Требуется тщательно подбирать силу тока, диаметр электрода, род тока и т.д.

Кстати! Цветные металлы (алюминий или медь) вообще дуговой электросваркой без специальных аппаратов друг к другу не приварить.

Технологические особенности

Технология, при которой место соприкосновения двух соединяемых металлов подвергается механическому усилию сжатия и последующему нагреву в результате пропускания электротока, называется контактной сваркой.

Конденсаторная сварка (КС) представляет одну из разновидностей подобной технологии с использованием аккумулированной энергии. Основное её отличие – кратковременная подача тока на стык, обусловленная временем разряда конденсаторов.

Внимание! Источником энергии электрического тока, проходящего через место контакта, служат конденсаторы, имеющие большую ёмкость. Разряжаясь через сварочную зону, они расплавляют металлы.

Время воздействия тока на шов минимизировано (до 3 мс), тем самым нагрев получается дозированный и максимально нацеленный на место контакта. Этим обеспечивается устойчивое качество соединения деталей в местах стыка.

Используемое оборудование

Существует деление установок на трансформаторные и безтрансформаторные модели. Наличие трансформатора позволяет регулировать напряжение заряда и ток разряда. Использование при разряде понижающего трансформатора даёт увеличение сварочного тока.

У безтрансформаторного оборудования свои плюсы: конструктивная простота и возможность образования теплового поля непосредственно в зоне сопротивления контакта (на плоскости). В этом случае импульс тока, доходящий до 100 А, действует на заготовки в течение 0,005 с. При необходимости токи увеличивают до 1,2 кА (при U = 60 V) и воздействуют на детали до 0,6 с.

Основные приёмы

Соединение двух металлов с помощью КС можно выполнять несколькими способами. К ним относятся следующие категории подобной технологии:

  • точечная – применяется для сопряжения элементов, у которых большая разница в толщине материала (лист и шпилька), а также используется для выполнения электровакуумных электронных изделий и в точном приборостроении;
  • шовная или роликовая – с помощью такой технологии соединяют мембраны и сильфоны, контактными электродами служат ролики, а место соединения являет собой сплошной шов;
  • стыковая – разряд сначала оплавляет концы заготовок, потом их прижимают (метод оплавления), или ток подают в момент соприкосновения поверхностей (метод сопротивления).

Информация. Метод оплавления требует обязательного наличия выступа на привариваемых деталях. Это цилиндр диаметром 0,6-0,8 мм и высотой 0,55-0,75 мм. Такой выступ позволяет точно позиционировать место сварки и гарантировать устойчивую дугу горения по всей поверхности при разряде конденсатора.

Основные преимущества

К плюсам КС можно отнести следующие моменты:

  • прочность места соединения;
  • малая потребляемая мощность агрегатов;
  • возможность автоматизации работы;
  • большая производительность при простоте процесса;
  • узкий сектор температурного воздействия;
  • отсутствие всплесков нагрузки в сети питания при наличии больших сварочных токов.

Некоторые недостатки

Наличие специальных сварочных устройств и дополнительного оборудования, лимит на применение больших сечений могут вполне считаться минусами подобной технологии.

Разновидности

Каждая из рассматриваемых разновидностей КС применяется в зависимости от того, какой результат нужен.

Точечная конденсаторная сварка

Соединение заготовок осуществляют в определённых точках (отдельных местах), это регламентировано ГОСТ 15878-79.

Структура и границы такой точки зависят от следующих параметров:

  • геометрических поверхностных характеристик электродов;
  • силы и времени пропускаемого через точку тока;
  • степени сжатия соединяемых поверхностей и их состояния.
Читайте также:  Возвращаем к жизни мертвые никель-кадмиевые аккумуляторы

Такой вид КС отлично подходит для работы с листовыми или профильными заготовками, при этом они накладываются друг на друга внахлёст.

Роликовая конденсаторная сварка

Другое её название – шовная. Представляет собой непрерывный ряд из перекрывающих друг друга точек. Токопроводящие электроды в виде роликов выполняют шов при прокатке через них наложенных внахлёст заготовок.

Внимание! Расположение электродов при точечной и роликовой КС может быть, как одностороннее, так и двухстороннее.

Подобную сварку используют для производства различных ёмкостей: баков, канистр, сосудов и т.д.

Стыковая конденсаторная сварка

Сварку оплавлением при таком способе получают при медленном приближении деталей, на которые подаётся ток. При соприкосновении двух поверхностей в зонах микроконтактов получается взрывное оплавление из-за возникновения в этих местах высокой плотности тока.

Важно! Магнитное поле выталкивает наружу кипящий металл, а сдавливание заготовок способствует образованию шва.

Таким способом сваривают между собой детали сложной конфигурации из металлов разного рода: медь, алюминий, углеродистые стали.

Несложные заготовки сращивают, пользуясь способом сопротивления, прижимая друг к другу и пропуская через них ток. В результате чего металлы в месте соприкосновения становятся пластичными, и происходит их осадка. Обязательна предварительная подготовка мест контакта.

Конденсаторная сварка своими руками

В домашних условиях, когда возникает необходимость соединить медные или алюминиевые детали, это можно сделать с помощью самодельной конденсаторной сварки. Для правильной работы с различными металлами нужно опираться на графики их сварочных температур.

Работа подобных схем основана на следующем принципе:

  • напряжение сети понижается трансформатором и выпрямляется с помощью диодного моста;
  • выпрямленное напряжение накапливается на конденсаторе большой емкости, включенном в диагональ диодного моста;
  • в цепь через тиристор подключаются рабочие электроды;
  • при кратковременной подаче напряжения на управляющий электрод тиристора последний открывается, и конденсатор разряжается через электроды на место сварки.

Необходимо сильно прижать свариваемые поверхности с помощью струбцины и прикоснутся к ним электродами, нажав на кнопку разряда.

Схема при КС

Конденсаторная точечная сварка своими руками схема которой подбирается индивидуально, может содержать в себе батарею конденсаторов для увеличения емкости.

К сведению. Если включить вместо обычного трансформатора в цепь самоделки автотрансформатор, то можно выполнять регулировку напряжения на выходе, тем самым меняя величину сварочного тока. Главное, чтобы тиристор был рассчитан на его максимальное значение.

Применять подобную сварку можно для сваривания между собой и ремонта литиевых аккумуляторов, например, 18650.

Требования к конденсаторной сварке

Самодельный аппарат должен включать в себя как минимум два узла:

  • источник импульсов;
  • сварочный блок.

При этом желательно организовать регулировку сварочных режимов и защиту схемы. В домашних условиях при выполнении работ необходимо выполнять ряд условий. Основные моменты, на которые следует обратить внимание, следующие:

  • обеспечение достаточной мощности давления и качественного контакта в момент воздействия импульса тока;
  • гарантирование короткого промежутка времени (до 0,1с.) для разряда и максимально малого времени заряда конденсаторов и достаточной временной выдержки для остывания расплава;
  • размер точки прикосновения электрода обязан быть в два раза больше самой тонкой из заготовок.

Не стоит забывать! Места сварки обязательно очищать от грязи, ржавчины и окислов.

Конструкции контактного блока

У изготовленной конденсаторной сварки своими руками схема и описание могут быть разными, но контактный блок в основном одинаковый. Этот узел отвечает за фиксацию или перемещение по сварной плоскости рабочих электродов. В домашних условиях это простая фиксация при помощи различных зажимов или винтов. Ими же регулируется степень сжатия. Обычно один из электродов (нижний) закрепляется статично. Он имеет размеры: сечение – 5-8 мм, длину – 10-20 мм. Подвижный электрод крепится на верхней площадке и имеет горизонтальную степень свободы.

Совет. В качестве электродов допустимо брать толстую омеднённую проволоку или медный пруток. Узел прижима деталей и узел подачи токового импульса должны быть изолированы друг от друга.

Особенности работы самодельного агрегата

Самодельная контактная сварка на конденсаторах должна обеспечивать стабильные параметры:

  • величины тока импульса;
  • входного напряжения;
  • длительности подачи импульса;
  • достаточную мощность для работы с заданным диаметром электродов.

Правильно собранный и отрегулированный аппарат не должен по своим характеристикам отличаться от заводских моделей. При производстве работ необходимо соблюдать технику безопасности и защиту от искр и ультрафиолета.

Конденсаторная сварка – незаменимая вещь в гараже любого радиолюбителя или автовладельца. Независимо от того, каким аппаратом пользоваться, самодельным или заводского производства, простота и качество работы будут только радовать.

Видео

Сварочный аппарат на конденсаторах своими руками

Устройство, которые мы представим в этой статье носит название “конденсаторная сварка”. Этой сваркой можно соединять очень мелкие или тонкие предметы и детали. Ее отличие от стандартной точечной сварки состоит в том, что нагрев места соединения деталей осуществляется за счет энергии разряда конденсаторов.

Куча электронных увлекательных штучек в этом китайском магазине.

Удобство этого вида конструкций в относительной простоте электрической схемы, которую можно собрать своими руками. Модель, представленная на видео, питается от сварочного трансформатора, переменный ток преобразуется выпрямителем. Напряжение составляет 70 вольт. Ток поступает на емкостное сопротивление, которое при необходимости можно заменить обычным сопротивлением, равным 10 кОм. После сопротивления ток поступает на конденсаторную батарею общей емкостью 30000 Мкф. Накопленный заряд на конденсаторах высвобождается через тиристор.

Изобретения для самодельщиков в китайском интернет-магазине.

Далее посмотрите, как работает точечная конденсаторная сварка.

После включения питания загорается лампочка, которая в данном случае играет роль индикатора напряжения. Когда лампочка перестает гореть, это означает, что конденсаторная батарея полностью заряжена. После этого сварочный аппарат готов к работе. Включение разряда осуществляется нажатием на кнопку, встроенной в держатель. Такая сварка позволяет приваривать не только тонкие пластинки, но и шпильки разного диаметра к металлическим поверхностям. Для этого предусмотрена возможность удержания шпильки в держателе.

Обсуждение

Урнфры ывовля
+azim meex вы когда-нить дотрагивались за выводы заряженного конденсатора на 3, 8 мкф 250 в? В начале ролика было сказано: 30000 мкф напряжение поступает 70 вольт, в итоге получаем 73, 5 джоуля, это как минимум. Диапазон 10-50 дж в импульсе, уже теряет свою не летальность, и может вызвать электротравмы, несовместимые с жизнью (фибрилляция сердца, смерть).

Урнфры ывовля
+azim meex
70 вольт -это напряжение минимальное у конденсатора, так как питает он от 70. Причем здесь падение? Ты проверь, а потом мне расскажешь о путях его протекания.

Алексей грачёв
+toyama tokanava во влажном помещение с кучей металлических приборов кругом? При том и напряжение наверно указывается не постоянное, а переменное, верно? Не, убиться при желании можно и 12-ю вольтами, но я что-то таких людей не встречал. И потом, практически вся трансформаторная сварка работает на напряжении порядка 70 вольт и проблем особых не возникает.

toyama tokanava
Я даже не против, но есть определенные правила для использования, говорю как бывший сварщик и бывший электрик. Правила техники безопасности вам в помощь.

Vladimir lokot
+алексей грачёв полностью заряженный конденсатор в сто раз меньшей емкости при разряде через палец делает в нем 2 прожженные дырочки, довольно глубокие кстати, это в принципе не смертельно, но чертовски больно. Даже не знаю с чем сравнить – куда болезненнее чем укус осы к примеру. А вот какие “дырочки” прожжет эта дура я честно говоря боюсь представить.

Алексей грачёв
+vladimir lokot так всё зависит от напряжения. Можно и сотню фарад зарядить в 30 вольт и при контакте с пальцем только щипнет, а можно и одну микрофараду зарядить тысячей вольт и тогда мало не покажется, будут и дырочки и всё что угодно. Закон ома, будь он неладен.

Vladimir lokot
+алексей грачёв там поболее 30 вольт, но даже 30 вольт хватает для нормального пробоя кожи. Да и в данном случае важен заряд по сути, а он напрямую зависит от емкости конденсаторной батареи.

Алексей грачёв
+vladimir lokot да, там 70 вольт. Не раз ощущал это напряжение на себе, так как регулярно варю как переменным, так и постоянным током, в последнем случае через диодный мост и конденсаторы. Ощутимо конечно, но явно не на всю мощность сварочника, чай я не железный человек. Так что закон ома рулит и ему без разницы, чем питается цепь – электростанцией, батарейками или конденсаторами.

Vladimir lokot
+алексей грачёв не охота с вами спорить, но 70 вольт от сварочника, это фигня по сравнению с мгновенным разрядом конденсаторной батареи хорошей емкости; даже 220в от сетевой розетки фигня. И закон ома который вы тут всуе упомянули 2 раза, отлично описывает почему, если немного подумать. При мгновенной разрядке такого конденсатора получается кратковременно, но очень большой ток, и это весьма и весьма серьезно.

Алексей грачёв
+vladimir lokot да, разряжаются они быстро, вспомним ту же молнию, но если замкнуть их через сопротивление или вольтметр (который сам является сопротивлением по сути), процесс замедлится в зависимости от количества ом, указанном на резисторе.

Vladimir lokot
+алексей грачёв не хочу вас переубеждать, но проведите простой эксперимент: зарядите конденсатор хотя бы 50-100 мкф до 50-100в и прикоснитесь пальцем к его ножкам. Потом расскажите как сопротивление кожи влияет на скорость разряда конденсатора нет влиять то оно конечно будет, это безусловно. Есть вон люди которые скручивают провода 220 держась за 2 провода и из оно пощипливает только. Или которые полицейский электрошокер напрочь игнорируют. Но это скорее исключения.

Алексей грачёв
+vladimir lokot несколькими сообщениями выше я уже писал про наличие сварки с конденсаторами. То, что 70 вольт ощутимо бьют ещё ничего не доказывает. Прощайте.

Sergey pn
Опасная. Можно все этой хреновиной по голове кого нибудь ударить и будет плохо. А так ничего опасного, зачем молоть языком то в чем не разбираемся.

Sapar malikov
Я постоянно ремонтирую усилителей там +/-100 вольт постоянного тока и конденсаторы у современных усилителей минимум 4 шт по 10000 мкф на 100 вольт иногда забываем разрядит конденсаторы током сильно ударит конечно но никаких дырочки не будет тем более постаянка не очень так вредно на жизнь

alexandr developer
50 или 100? Разница как бы в два раза. У всех конечно по разному но я спокойно держался за клеммы лабораторного бп когда на нем было 90. Мне тогда было лет 13 и ничего. (Не советую конечно повторять особенно если бп без защиты по току или тем более если бп – импульсник. Или вы стоите на металлическом полу босиком). По теме – решительно не понимаю зачем там 70в. Думаю что при разряде конденсаторы переключаются в параллельное соединение – емкость и ток разряда при этом увеличиваются а напряжение падает. К тому же заряд там ограничен и по идеи эти 70 вольт которые приходят должны идти через гальваническую развязку (трансформатор) – если стоять босыми ногами на металле и при этом не приложить или плохо приложить второй электрод то потрясти может, но точно не убить.

Сергей псг
схема.
Https://fotki.Yandex.Ru/next/users/ink740/album/41349/view/852249
https://fotki.Yandex.Ru/next/users/ink740/album/41349/view/852248
схема. Лично я собирал бы так.
Если исключить диод между 1 и 2 и перемычку между 3 и 4, то можно вставить диодный мост. Подсказка как внизу рисунка. Лень рисовать 2 ж ды одинаковое.
Номиналы деталей надо считать. Под конкретные условия.
Грамотный человек разберётся, ну а грамотный в иной области умений заплатит грамотному в электроникеэлектрике. )
Логика работы.
1. Включили в 220 все выключатели разомкнуты.
2. Замкнули кн 1 и ждём прекращения зарядного тока(лампа потухла).
3. Разомкнули кн 1, кратковременно замкнули (или удерживаем) кн 2. Свариваем деталь.
4. Разомкнули кн 2.
Если где допустил неточность то думаю александр меня поправит.

Сергей псг
+дим русс я не делал ещё.
Автор в видео говорит ёмкость конденсаторов 30 тысяч микрофарад. Напряжение на мосту 70 вольт=на конденсаторах 100-110 вольт. Сами конденсаторы надо брать на большее напряжение 125-160 вольт. 160 даже лучше. Не помню ряд напряжений для конденсаторов. Можно ли больше или меньше ответить может только практика. Поставите ёмкость больше возможно пережигание свариваемой поверхности(прожигание), да простят меня сварщики. Поставите меньше, не хватит энергии для процесса. Можно ли напряжение меньше? Да можно, но! Если мне память не изменяет зависимость количества запасённой энергии от напряжения в конденсаторах квадратичная. То есть напряжение в 2 раза ниже=энергия в 4 раза ниже.
По этому сначала делайте как говорит автор 70вольт на вторичке=100 вольт на кондёрах*30тыщ микрофарад. А потом если вас что то не станет устраивать, подберите параметры под себя. Ибо приварить вывод к элементу питания это одно, а использовать в авто рихтовке это мощнее надо.

Евгений федоров
Полезная информация! У меня без всякой электроники контактная сварка, правда кнопка через тиристор по первичке. Для маленьких толщин таймер. Свариваю пластины толщиной от 01 до 1, 5мм.

azim meex
+vahe vardanyan во-первых порошок раздует по рукам и лицу сварщика, во-вторых графит науглеродит точку (не шов) сварки, что сделает её более хрупкой и в-третьих уменьшит сопротивление места сварки и вместе с этим тепловое действие тока.

Алексей полушкин
энергия заряженного конденсатора превращается в тепловую, под действием которой металл расплавляется в точках с минимальным сопротивлением, то есть в местах прижатия электродами. Энергия конденсатора e=c*u*u/2 откуда следует что подняв напряжение в 2 раза – энергию увеличиваем в 4 раза. Много конденсаторов лучше чем один, т. К из-за особенностей конструктива одиночный конденсатор не способен выдать большой ток при коротком замыкании, да и может быстро прийти в негодность. Поэтому от батареи параллельных конденсаторов получим заметно больший ток, чем от одного если бы он был емкостью как вся батарея.

Валерий лысенко
+сергей псг если для тебя это просто, тогда нарисуй схемку. Сделай скрин или фото этого листка выложи в соц сеть. А нам скинь ссылку. Чтоб языком не болтать что это просто. В схеме я разберусь.

Читайте также:  Двухполосный темброблок своими руками

Petrow60
доброго здоровья. Очень интересная тема, если можно было бы схемку опубликовать с параметрами. Этот видеоролик заслуживает лайк и уважения. Спасибо. Жду продолжения как подписчик.

Toyama tokanava
Если на выходе добавить импульсный токовый трансформатор с соотношением витков один к десяти, можно ток получить в десять раз больший на электродах. Сечение проводов обмоток брать соответственно току в них, количество витков даже не нужно большое, так и брать, десять витков и вторички один виток. Даже думаю можно арматуру варить. Приходилось заниматься ремонтом сварочной установки в арматурном цехе, использовался там ртутный выпрямитель около 1000 вольт и масляные конденсаторы 100 микрофарад, ну и тиристорное управление почти аналогичное вашему.

Денис
Уважаемый автор видео! Делаю сварку подобную вашей. Использую конденсатор еа-іі-10 номиналом 33000мкф, напряжением 63в и тиристор т-160. Конденсатор заряжаю блоком питания.
С «+» конденсатора идёт провод на анод тиристора, а с катода тиристора идёт на сварочный электрод, «-» с конденсатора также идёт на сварочный электрод. Напряжение на управляющий электрод тиристора идёт с «+» конденсатора через микро выключатель. Тиристор исправен, проверял, конденсатор тоже. Почему то тиристор не открывается мгновенно (при открытии тиристора стрелка вольтметра плавно начинает идти к нулю) и сварка не происходит. Подскажите пожалуйста в чём может быть проблема? Заранее благодарен.

Sungazer
+денис наден ну, во-первых, тиристор – мощная, но медленная штука.
А во-вторых, кондер электролит не расчитан на большие токи.
Поэтому, при длительной работе будет перегрев кондера. Поэтому лучше кондеры набирать малым номиналом и параллелить.

Yury galinsh
+sungazer как понять “медленная штука”? В сетевых регуляторах мощности, при частоте 50 гц, тиристор (семистор) срабатывает 50 (либо 100) раз в секунду. Причём синусоиду он “обрезает” практически вертикально. В конкретном случае, это обыкновенный выключатель.
Электролитический конденсатор скидывает, если не ошибаюсь 80% ёмкости за милисекунды.
Могу предположить неисправность самого тиристора. И насколько помню, к управляющему электроду ставился ограничитель по току (резистор). Ну а плавно разряжаться конденсатор может через управляющий электрод.

Alexander polulyakh
Компоненты нужно искать на радио рынках или в интернете заказывать. Все есть. Чем больше емкость конденсаторов тем больше будет заряд. Микровыключатель посылает микро токи на тиристор а он мгновенно высвобождает весь импульс накопленной энергии конденсаторов.

User0011
+антон туманов искать в пунктах приема металлолома! На лом алюминия они не идут, тонкий металлолом и фольгу алюминиевую не берут! Поэтому можно купить по цене черного металла. Не нужно где-то переплачивать на рынках! А если заинтересовать приемщиков( и т.д). Вот такой “бочоночек” столько-то, а вот такой столько. То насобирать можно быстро.

Электролитические конденсаторы в сварочных инверторах

Алюминиевые электролитические конденсаторы – один из главных элементов, обеспечивающих стабильность работы высокочастотных инверторов сварочных аппаратов. Надежные высококачественные конденсаторы для этого вида применения производят компании Hitachi, Samwha, Yageo.

В первых устройствах, использовавших метод электродуговой сварки, применялись регулируемые трансформаторы переменного тока. Трансформаторные сварочные аппараты наиболее популярны и применяются по сей день. Они надежны, просты в обслуживании, однако имеют ряд недостатков: большой вес, высокое содержание цветных металлов в обмотках трансформатора, малую степень автоматизации процесса сварки. Преодолеть эти недостатки возможно при переходе на более высокие частоты тока и уменьшении размеров выходного трансформатора. Идея уменьшить размер трансформатора за счет перехода от частоты электросети 50 Гц на более высокую родилась еще в 40-е годы XX века. Тогда это делали с помощью электромагнитных преобразователей-вибраторов. В 1950 году для этих целей стали использовать электронные лампы – тиратроны. Однако в сварочной технике использовать их было нежелательно по причине низкого КПД и невысокой надежности. Широкое внедрение полупроводниковых приборов в начале 60-х годов привело к активному развитию сварочных инверторов, сперва – на тиристорной основе, а затем – на транзисторной. Разработанные в начале XXI века биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT-транзисторы) дали новый импульс развитию инверторных аппаратов. Они могут работать на ультразвуковых частотах, что позволяет значительно уменьшить размеры трансформатора и массу аппарата в целом.

Упрощенно структурную схему инвертора можно представить из трех блоков (рисунок 1). На входе стоит бестрансформаторный выпрямитель с параллельно подключенной емкостью, позволяющей поднять напряжение постоянного тока до 300 В. Инверторный блок производит преобразование постоянного тока в переменный высокочастотный. Частота преобразования доходит до десятков килогерц. В состав блока входит высокочастотный импульсный трансформатор, в котором происходит понижение напряжения. Данный блок может изготавливаться в двух вариантах – с использованием однотактных или двухтактных импульсов. В обоих случаях транзисторный блок работает в ключевом режиме с возможностью регулировки времени включения, что позволяет регулировать ток нагрузки. Выходной выпрямительный блок преобразует переменный ток после инвертора в постоянный ток сварки [1].

Рис. 1. Упрощенная структурная схема сварочного инвертора

Принцип работы сварочного инвертора заключается в поэтапном преобразовании сетевого напряжения. Вначале сетевое переменное напряжение повышается и выпрямляется в предварительном блоке выпрямления. Постоянное напряжение питает высокочастотный генератор на IGBT-транзисторах в инверторном блоке. Высокочастотное переменное напряжение преобразовывается в более низкое с помощью трансформатора и подается на выходной выпрямительный блок. С выхода выпрямителя ток уже можно подавать на сварочный электрод. Ток электрода регулируется схемотехнически путем контроля глубины отрицательной обратной связи. С развитием микропроцессорной техники начали производство инверторных полуавтоматов, способных самостоятельно выбирать режим работы и осуществлять такие функции как «антизалипание», высокочастотное возбуждение дуги, удержание дуги и другие.

Алюминиевые электролитические конденсаторы в сварочных инверторах

Основные компонентные составляющие сварочных инверторов – это полупроводниковые компоненты, понижающий трансформатор и конденсаторы. Сегодня качество полупроводниковых компонентов столь высоко, что при правильной их эксплуатации проблем не возникает. Ввиду того, что устройство работает на высоких частотах и достаточно больших токах, особое внимание следует уделить стабильности работы аппарата – от нее напрямую зависит качество производимых сварочных работ. Наиболее критичными компонентами в данном контексте являются электролитические конденсаторы, от качества которых сильно зависит надежность аппарата и уровень вносимых в электрическую сеть помех.

Наиболее распространенными являются алюминиевые электролитические конденсаторы. Они лучше всего подходят для использования в первичном источнике сетевого ИП. Электролитические конденсаторы имеют высокую емкость, большое номинальное напряжение, малые габариты, и способны работать на звуковых частотах. Такие характеристики относятся к несомненным достоинствам алюминиевых электролитов.

Все алюминиевые электролитические конденсаторы представляют собой последовательно наложенные слои алюминиевой фольги (анод конденсатора), бумажной прокладки, еще одного слоя алюминиевой фольги (катод конденсатора) и еще одного слоя бумаги. Все это сворачивается в рулон и помещается в герметичный контейнер. От анодного и катодного слоев выводятся проводники для включения в цепь. Также алюминиевые слои дополнительно протравливают с целью увеличения площади их поверхности и, соответственно, емкости конденсатора. При этом емкость высоковольтных конденсаторов возрастает примерно в 20 раз, а низковольтных – в 100. Помимо этого вся данная конструкция обрабатывается химическими веществами для достижения требуемых параметров.

Электролитические конденсаторы имеют достаточно непростую структуру, что обуславливает сложность их изготовления и эксплуатации. Характеристики конденсаторов могут сильно меняться при разных режимах работы и климатических условиях эксплуатации. С ростом частоты и температуры снижается емкость конденсатора и ЭПС. При снижении температуры емкость также падает, а ЭПС может возрастать до 100 раз, что, в свою очередь, снижает предельно допустимый ток пульсаций конденсатора. Надежность импульсных и входных сетевых фильтрующих конденсаторов, в первую очередь, зависит от их предельно допустимого тока пульсаций. Протекающие токи пульсаций способны разогревать конденсатор, что служит причиной его раннего выхода из строя.

В инверторах основные назначения электролитических конденсаторов – повышение напряжения во входном выпрямителе и сглаживание возможных пульсаций.

Значительные проблемы в работе инверторов создают большие токи через транзисторы, высокие требования к форме управляющих импульсов, что подразумевает использование мощных драйверов для управления силовыми ключами, высокие требования к монтажу силовых цепей, большие импульсные токи. Все это в значительной степени зависит от добротности конденсаторов входного фильтра, поэтому для инверторных сварочных аппаратов нужно особо тщательно подбирать параметры электролитических конденсаторов. Таким образом, в предварительном блоке выпрямления сварочного инвертора наиболее критичным элементом является фильтрующий электролитический конденсатор, установленный после диодного моста. Рекомендовано устанавливать конденсатор в непосредственной близости к IGBT и диодам, что позволяет устранить влияние индуктивности проводов, соединяющих устройство с источником питания, на работу инвертора. Также установка конденсаторов рядом с потребителями уменьшает внутреннее сопротивление переменному току источника питания, что предотвращает возбуждение усилительных каскадов.

Обычно фильтрующий конденсатор в двухполупериодных преобразователях выбирают таким, чтобы пульсации выпрямленного напряжения не превышали 5…10 В. Следует также учитывать, что на конденсаторах фильтра напряжение будет больше в 1,41 раза, чем на выходе диодного моста. Таким образом, если после диодного моста мы получим 220 В пульсирующего напряжения, то на конденсаторах будет уже 310 В постоянного напряжения. Обычно же рабочее напряжение в сети ограничивается отметкой в 250 В, следовательно, на выходе фильтра напряжение будет 350 В. В редких случаях сетевое напряжение может подниматься еще выше, поэтому конденсаторы следует выбирать на рабочее напряжение не менее 400 В. Конденсаторы могут иметь дополнительный нагрев благодаря большим рабочим токам. Рекомендованный верхний диапазон температур – не менее 85…105°C. Входные конденсаторы для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения выбирают емкостью 470…2500 мкФ в зависимости от мощности аппарата. При неизменяемом зазоре в резонансном дросселе увеличение емкости входного конденсатора пропорционально увеличивает мощность, отдаваемую в дугу.

В продаже есть емкости, к примеру, на 1500 и 2200 мкФ, но, как правило, вместо одного используют батарею конденсаторов – несколько компонентов одинаковой емкости, включенных параллельно. Благодаря параллельному включению уменьшаются внутренние сопротивление и индуктивность, что улучшает фильтрацию напряжения. Также в начале заряда через конденсаторы протекает очень большой зарядный ток, близкий к току короткого замыкания. Параллельное включение позволяет уменьшить ток, протекающий через каждый конденсатор в отдельности, что увеличивает срок эксплуатации.

Выбор электролитов от Hitachi, Samwha, Yageo

На рынке электроники сегодня можно найти большое количество подходящих конденсаторов от известных и малоизвестных производителей. При выборе оборудования не следует забывать, что при схожих параметрах конденсаторы очень сильно отличаются качеством и надежностью. Наиболее хорошо себя зарекомендовала продукция от таких всемирно известных производителей высококачественных алюминиевых конденсаторов, как Hitachi, Samwha и Yageo. Компании активно разрабатывают новые технологии производства конденсаторов, поэтому их продукция обладает лучшими характеристиками по сравнению с продукцией конкурентов.

Алюминиевые электролитические конденсаторы выпускаются в нескольких форм-факторах:

  • для монтажа на печатную плату;
  • с усиленными выводами-защелками (Snap-In);
  • с болтовыми выводами (Screw Terminal).

В таблицах 1, 2 и 3 представлены серии вышеуказанных производителей, наиболее оптимальные для использования в предварительном блоке выпрямления, а их внешний вид показан на рисунках 2, 3 и 4 соответственно. Приведенные серии имеют максимальный срок службы (в рамках семейства конкретного производителя) и расширенный температурный диапазон.

Таблица 1. Электролитические конденсаторы производства Yageo

НаименованиеЕмкость, мкФНапряжение, ВТок пульсаций, АРазмеры, ммФорм-факторСрок службы, ч/°C
LV470, 560, 680400, 4501,70; 1,90; 2,1035×40, 35×45, 35×50Snap-In3000/105
LC470400, 4501,90; 2,1035×45, 35×50Snap-In5000/105
NH470…22000400, 450, 5002,4…39,451×80…89×270Screw Terminal5000/105

Таблица 2. Электролитические конденсаторы производства Samwha

НаименованиеЕмкость, мкФНапряжение, ВТок пульсаций, АРазмеры, ммФорм-факторСрок службы, ч/°C
HY470, 560400, 4501,91; 2,1435×45; 35×50Snap-In7000/105
JY470400, 4501,8835×45Snap-In10000/105
EY1500…10000400, 4506,1…24,351×110…89×160Screw Terminal7000/105

Таблица 3. Электролитические конденсаторы производства Hitachi

НаименованиеЕмкость, мкФНапряжение, ВТок пульсаций, АРазмеры, ммФорм-факторСрок службы, ч/°C
HP3470…2100400, 420, 450, 5002,75…9,5830×40,
35×35…40×110
Snap-In6000/85
HU3470…1500400, 420, 450, 5002,17…4,3235×45,
40×41…40×101
Snap-In6000/105
HL2470…1000400, 420, 450, 5001,92…3,4835×40,
30×50…35×80
Snap-In12000/105
GXA1000…12000400, 4504,5…29,751×75…90×236Screw Terminal12000/105
GXR2700…11000400, 4508,3…34,264×100…90×178Screw Terminal12000/105

Как видно из таблиц 1, 2 и 3, номенклатурная база достаточно широка, и пользователь имеет возможность собрать конденсаторную батарею, параметры которой в полной мере обеспечат требования будущего сварочного инвертора. Наиболее надежными представляются конденсаторы компании Hitachi с гарантированным сроком эксплуатации до 12000 часов, в то время как у конкурентов данный параметр составляет до 10000 часов в конденсаторах Samwha серии JY и до 5000 часов в конденсаторах Yageo серий LC, NF, NH. Правда, этот параметр не указывает на гарантированный выход конденсатора из строя по истечении указанного строка. Здесь имеется в виду только время использования при максимальной нагрузке и температуре. При использовании в меньшем диапазоне температур срок эксплуатации, соответственно, возрастет. По истечении указанного строка возможно также уменьшение емкости на 10% и увеличение потерь на 10…13% при работе на максимальной температуре.

Рис. 2. Электролитические конденсаторы Yageo

Рис. 3. Электролитические конденсаторы Samwha

Рис. 4. Электролитические конденсаторы Hitachi

Примечательно, что в каждой серии можно найти различную конфигурацию выводов конденсатора – с усиленными выводами-защелками или болтовыми выводами. Болтовые выводы дают гарантированную надежность сборки, а конденсаторы с выводами-защелками к надежности добавляют еще и простоту монтажа на печатную плату.

Заключение

Рассмотренные высококачественные алюминиевые электролитические конденсаторы производства компаний Hitachi, Samwha и Yageo позволяют решить практически любую задачу разработки высокочастотного сварочного инверторного аппарата. Отличительной особенностью представленных конденсаторов является их разработка в соответствии с требованиями RoHS (Директива об ограничении использования некоторых вредных веществ в электрическом и электронном оборудовании) и прочими экологическими нормами. За консультацией по применению, а также по вопросу приобретения конденсаторов производства всех трех компаний можно обратиться к их дистрибьютору – компании КОМПЭЛ.

Ссылка на основную публикацию