УДК 621.791.03
ББК 34.641-5
В68
В68
Володин, Валентин Яковлевич.
Создаем современные сварочные аппараты / В. Я. Володин. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf :
353 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe
Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный.
ISBN 978-5-89818-376-9
Появившись более ста лет назад, электродуговая сварка произвела технологическую революцию.
К настоящему времени она практически вытеснила все остальные технологии сварки металла. В книге
приводятся необходимые сведения по ручной и полуавтоматической электродуговой сварке, а также,
в порядке усложнения, — описания различных сварочных источников, пригодных для повторения.
Повествование сопровождается необходимыми методиками расчета, схемами и чертежами. Большое
внимание уделяется компьютерному моделированию с помощью популярной бесплатной программы
LTspice.
Следуя авторским рекомендациям, читатели смогут самостоятельно сконструировать и изготовить
сварочные аппараты для ручной и полуавтоматической сварки, а желающие приобрести готовое
устройство — сделать правильный выбор.
Книга предназначена для широкого круга домашних мастеров, радиолюбителей, интересующихся
вопросами силовой электроники и электросварки.
УДК 621.791.03
ББК 34.641-5
Электронное издание на основе печатного издания: Создаем современные сварочные аппараты / В. Я. Володин. —
Москва : ДМК Пресс, 2011. — 352 с. — ISBN 978-5-94074-671-3. — Текст : непосредственный.
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то
ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок все равно
существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим
издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав,
правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.
ISBN 978-5-89818-376-9
© Володин В. Я., 2011
© Оформление, ДМК Пресс, 2011
Стр.3
CОДЕРЖАНИЕ
Глава 1
Немного истории ............................................................................................................ 11
1.1. Изобретение электросварки .................................................................................. 11
1.2. Развитие электросварки в 20 веке ...................................................................... 14
Глава 2
Основы дуговой сварки ............................................................................................ 16
2.1. Электрическая дуга ..................................................................................................... 16
Физическая сущность ................................................................................................ 16
Вольтамперная характеристика ........................................................................... 17
Ручная сварка на постоянном токе ..................................................................... 18
Полуавтоматическая сварка на постоянном токе ........................................ 18
Сварка на переменном токе ................................................................................... 18
2.2. Процесс сварки ............................................................................................................. 19
Сварка неплавящимся электродом .................................................................... 20
Сварка плавящимся электродом ......................................................................... 20
Перенос металла .......................................................................................................... 22
2.3. Основные характеристики источников питания сварочной дуги ........ 23
Глава 3
Симулятор LTspice IV .................................................................................................... 25
3.1. Моделирование работы источника питания .................................................. 25
Возможности моделирования ............................................................................... 25
Программы моделирования электронных схем ........................................... 25
Возможности программы LTspice IV .................................................................... 26
3.2. Работа программы LTspice IV ................................................................................... 28
Запуск программы ...................................................................................................... 28
Рисуем на ПК схему простейшего мультивибратора .................................. 29
Определение числовых параметров и типов компонентов схемы ..... 33
Стр.4
4
Cодержание
Моделирование работы мультивибратора ..................................................... 37
3.3. Моделирование простейшего источника питания ...................................... 44
Низковольтный источник постоянного тока .................................................. 44
Тестовый узел ................................................................................................................ 54
Глава 4
Сварочные источники переменного тока .................................................. 57
4.1. Особенности терминологии ................................................................................... 57
4.2. Основные требования к сварочному источнику ........................................... 58
4.3. Модель электрической дуги переменного тока ............................................ 59
4.4. Сварочный источник с балластным реостатом (активным
сопротивлением) .................................................................................................................. 61
4.5. Сварочный источник с линейным дросселем (индуктивным
сопротивлением) .................................................................................................................. 63
4.6. Сварочный трансформатор ..................................................................................... 64
4.7. Как рассчитать индуктивность рассеяния? ...................................................... 67
Индуктивность рассеяния трансформатора
с цилиндрическими обмотками ........................................................................... 67
Индуктивность рассеяния трансформатора
с разнесенными обмотками ................................................................................... 69
Индуктивность рассеяния трансформатора
с дисковыми обмотками ........................................................................................... 74
4.8. Требования к сварочному трансформатору .................................................... 75
4.9. Классический источник переменного тока ..................................................... 76
Расчет сварочного трансформатора с развитым магнитным
рассеянием .....................................................................................................................76
Расчет индуктивности рассеяния ........................................................................ 80
Конструкция сварочного источника переменного тока ........................... 80
4.10. Сварочный источник Буденного ......................................................................... 83
Пути уменьшения величины потребляемого тока ....................................... 83
Конструктивно-электрическая схема
сварочного источника Буденного ....................................................................... 86
Общие принципы проектирования сварочного источника .................... 87
Стр.5
Cодержание
5
Модель сварочного источника Буденного ...................................................... 89
Преодоление конструктивных ограничений
сварочного источника Буденного ....................................................................... 94
Определение габаритной мощности трансформатора ............................. 95
Выбор сердечника ...................................................................................................... 96
Расчет обмоток ............................................................................................................. 97
Расчет магнитного шунта ......................................................................................... 99
Расчет индуктивности рассеяния ......................................................................100
Моделирование результатов расчета ..............................................................100
Конструкция сварочного источника с альтернативной
конструкцией трансформатора ..........................................................................104
4.11. Сварочный источник с резонансным конденсатором ...........................107
Расчет сварочного источника с резонансным конденсатором ...........109
Расчет сварочного трансформатора ................................................................111
Проверка размещения обмоток в окне сварочного
трансформатора.........................................................................................................112
Расчет индуктивности рассеяния ......................................................................113
Моделирование сварочного источника ........................................................114
4.12. Стабилизаторы дуги переменного тока ........................................................118
Особенности сварочной дуги переменного тока.......................................118
Принцип действия стабилизатора дуги ..........................................................119
Первая версия стабилизатора дуги ..................................................................120
Детали .............................................................................................................................124
Вторая версия стабилизатора дуги ...................................................................125
Детали .............................................................................................................................128
Глава 5
Сварочный источник для полуавтоматической сварки ...............129
5.1. Основы полуавтоматической сварки ................................................................129
5.2. Расчеты элементов схемы ......................................................................................132
Определение параметров и расчет силового трансформатора
источника ......................................................................................................................132
Стр.6
6
Cодержание
Процедура настройки модели ............................................................................135
Расчет омического сопротивления обмоток ................................................135
Расчет индуктивности и сопротивления обмоток
трансформатора.........................................................................................................136
Расчет габаритных размеров трансформатора ...........................................138
Завершение расчета трансформатора ............................................................139
Расчет дросселя источника подпиточного тока..........................................140
5.3. Описание конструкции простого источника
для полуавтоматической сварки.................................................................................141
Схема простого источника для полуавтоматической сварки ...............141
Детали для сварочного полуавтомата .............................................................143
Конструкция и изготовление сварочного трансформатора .................144
Конструкция дросселя ............................................................................................145
Подключение источника ........................................................................................146
Глава 6
Сварочный источник для полуавтоматической сварки
с тиристорным регулятором ..............................................................................147
6.1. Регулировка сварочного тока ..............................................................................147
6.2. Обеспечение непрерывности сварочного тока ..........................................148
6.3. Расчет сварочного трансформатора .................................................................155
6.4. Блок управления ........................................................................................................157
6.5. Описание конструкции сварочного источника
с тиристорным регулятором .........................................................................................158
Принципиальная электрическая схема ..........................................................158
Детали .............................................................................................................................160
Конструкция сварочного трансформатора ...................................................160
Конструкция дросселя ............................................................................................162
Подключение источника ........................................................................................162
Глава 7
Электронный регулятор сварочного тока ...............................................163
7.1. Многопостовая сварка ............................................................................................163
Стр.7
Cодержание
7
Многопостовая сварка с подключением
через индивидуальный балластный реостат ...............................................163
Электронный аналог балластного реостата ЭРСТ ......................................163
7.2. Расчет основных узлов ЭРСТ.................................................................................165
7.3. Описание ЭРСТ ............................................................................................................176
Основные варианты защиты ................................................................................176
Назначение основных узлов ЭРСТ ....................................................................177
Принцип действия ....................................................................................................177
Принцип работы и настройка блока А1 ..........................................................178
Детали .............................................................................................................................180
Принцип работы и настройка блока А2 ..........................................................181
Принцип действия стабилизатора ....................................................................182
Детали .............................................................................................................................188
Настройка .....................................................................................................................188
Формирование внешних характеристик ЭРСТ ............................................189
Принцип работы блока управления ЭРСТ ....................................................190
Принцип работы блока драйвера ключевого транзистора ...................192
Завершающая настройка ЭРСТ ...........................................................................194
Глава 8
Инверторный сварочный источник ..............................................................196
8.1. Немного истории ........................................................................................................196
8.2. Общее описание источника ..................................................................................197
8.3. Рекомендации для самостоятельного изготовления ИСИ ......................201
8.4. Расчет трансформатора прямоходового преобразователя ...................203
8.5. Изготовление трансформатора ...........................................................................210
8.6. Расчет мощности потерь на транзисторах преобразователя ...............210
8.7. Расчет дросселя фильтра сварочного тока ....................................................214
8.8. Моделирование работы преобразователя ....................................................216
8.9. Расчет трансформатора тока ................................................................................217
8.10. Расчет трансформатора гальванической развязки .................................219
8.11. ШИМ-контроллер TDA4718A ..............................................................................221
Стр.8
8
Cодержание
8.12. Принципиальная схема блока управления инверторного
сварочного источника «RytmArc» ...............................................................................225
8.13. Формирование нагрузочной характеристики источника ....................230
8.14. Методика настройки БУ ........................................................................................233
8.15. Выносной пульт управления (модулятор) ....................................................234
8.16. Использование альтернативного ШИМ-контроллера ............................239
8.17. Трансформаторный драйвер..............................................................................244
8.18. Демпфирующая цепь, не рассеивающая энергию ...................................248
Глава 9
Инверторный сварочный источник COLT-1300 ....................................254
9.1. Общее описание .........................................................................................................254
О чем эта глава ............................................................................................................254
Назначение ..................................................................................................................254
Основные характеристики ....................................................................................255
9.2. Силовая часть ..............................................................................................................255
Данные моточных узлов .........................................................................................260
9.3. Блок управления ........................................................................................................262
Функциональная схема ...........................................................................................262
Принцип действия ....................................................................................................263
Принципиальная схема ..........................................................................................265
Реализация функции Anty-Stick...........................................................................265
Реализация функции Arc Force ...........................................................................267
9.4. Настройка ......................................................................................................................267
Глава 10
Полезная информация ............................................................................................268
10.1. Как испытать неизвестное железо? .................................................................268
10.2. Как рассчитать трансформатор? .......................................................................269
10.3. Как рассчитать дроссель с сердечником? ....................................................276
Особенности расчета ...............................................................................................276
Пример расчета дросселя № 1 ............................................................................279
Стр.9
Cодержание
9
Пример расчета дросселя № 2 ............................................................................280
Пример расчета дросселя № 3 ............................................................................283
10.4. Расчет дросселей с порошковым сердечником ........................................285
Преимущества порошковых сердечников ....................................................285
Адрес программы Inductor Design Software и ее установка .................288
Функции автоматического расчета программы
Inductor Design Software ........................................................................................289
Дополнительные функции программы Inductor Design
Software ..........................................................................................................................298
Панель меню программы Inductor Design Software ..................................299
Пример расчета дросселя в программе Inductor Design
Software ..........................................................................................................................302
Программа Magnetics Inductor Design Using Powder Cores....................307
Пример расчета дросселя в программе Magnetics Inductor
Design Using Powder Cores .....................................................................................310
10.5. Как рассчитать радиатор? ....................................................................................312
10.6. Гистерезисная модель нелинейной индуктивности
симулятора LTspice.............................................................................................................317
Краткое описание гистерезисной модели нелинейной
индуктивности ............................................................................................................317
Подбор параметров гистерезисной модели нелинейной
индуктивности ............................................................................................................322
10.7. Моделирование сложных электромагнитных компонентов
при помощи LTspice ...........................................................................................................330
Проблема моделирования ....................................................................................330
Принцип подобия электрических и магнитных цепей ............................331
Двойственность физических цепей ..................................................................333
Модель неразветвленной магнитной цепи ...................................................334
Моделирование разветвленной магнитной цепи ......................................337
Моделирование сложной магнитной цепи ...................................................338
Адаптация модели для магнитных цепей, работающих
с частичным или полным подмагничиванием .............................................340
Создание модели интегрированного магнитного
компонента ...................................................................................................................343
Стр.10
10
Cодержание
10.8. Как изготовить сварочные электроды? .........................................................346
Приложение .....................................................................................................................349
1. Параметры командной строки программы LTspice IV ..................................349
2. Перечень схемных элементов симулятора LTspice IV (таблица 2) ...........350
Стр.11