Сварочный осциллятор. схема и принцип работы

Устройство

Принципиальная схема сварочного осциллятора предполагает наличие следующих блоков:

Повышающего трансформатора, который преобразует первичные значения напряжения бытовой сети – 220 В, 60 Гц – в высокочастотные колебания частотой до 250 кГц, при одновременном повышении напряжения до 5…6 кВ.
Искрового генератора затухающих колебаний, представляющего собой одноконтурный разрядник, контакты которого представляют собой эрозионно стойкие вольфрамовые электроды.
Управляющей ветки, включающей в себя стабилизатор внешнего питания, пускорегулирующий блок и линию обратной связи с датчиком тока. При длительной работе потребуется ещё газовый клапан от перегрева осциллятора.
Выходного трансформатора, которым ток повышенного напряжений и высокой частоты передаётся на контакты сварочного аппарата. Параллельно этот трансформатор соединяется с датчиком тока.
Блока безопасности, защищающего сварщика и оборудование от недопустимого превышения силы тока или напряжения на дуге.

Устройство сварочного осциллятора зависит от интенсивности его применения и вида используемого сварочного аппарата. Так, для сварки алюминия, когда чаще используется постоянный ток и обратная полярность, более выгодным считается последовательное подключение, а для кратковременных операций, а также сварки нержавеющих сталей – параллельное. Соответственно, разной будет и схема.

Сварочный осциллятор с последовательным подключением состоит из одного трансформатора. В его первичную обмотку включаются предохранитель и два сглаживающих конденсатора, а во вторичную – разрядник и колебательный контур (конденсатор + катушка индуктивности). Схема сварочного осциллятора с параллельным подключением сложнее: в ней должны быть два трансформатора. В первичной обмотке первого из них имеется двойной колебательный контур, а вторичная обмотка, вместе с параллельно подключенным разрядником составляет первичную обмотку второго, высокочастотного трансформатора, от которого и осуществляется питание дуги. Кроме сложности сборки и регулировки, параллельная схема требует специальной защиты от превышения допустимого напряжения.

Трансформатор подбирается по его требуемым характеристикам тока во вторичной обмотке. Катушку индуктивности надёжнее собрать сдвоенной: при последовательном соединении двух колебательных контуров подача тока и напряжения оказывается более стабильной, а защита осциллятора от выхода из строя – более надёжной. Обе части контуров – одинаковы, и состоят из:

конденсатора, рассчитанного на менее, чем на двукратный запас по напряжению (не менее 450…500 В для первой части и хотя бы 4 кВ – для второй) при ёмкости от 0,3 мФ (во втором каскаде может быть до 1 мФ);
варистора напряжением не менее того, которое требуется для напряжения на вторичной обмотке – 90…100 В (во втором каскаде может быть до 140…150 В);
катушки индуктивности, представляющей собой ферритовый стержень, на который с зазором не менее 0,8 мм наматывается проволока сечением 15…20 мм 2 . Число витков на первом каскаде должно быть не менее 7, во втором – меньше Вторая катушка служит своего рода фильтром от возможных колебаний тока большей амплитуды, которые могут привести к нестабильному горению дуги;

Сварочный осциллятор своими руками

Промышленных конструкций сварочных осцилляторов немало. Например, модель УВК-7, используемая для питания сварочных аппаратов постоянного и переменного тока. Недостаток такого устройства в том, что оно непригодно для инвертора, поскольку требует питания не более 80 В против 220 В, от которого работают сварочные инверторы.

Модель ОССД-300 рассчитывается на напряжение холостого хода не ниже 60 В и обязательно потребует балластного реостата, что поднимает планку требований к мощности сварочного аппарата. Подобные ограничения действуют и в отношении популярного осциллятора ОП-240 «Огниво».

Исходными данными для изготовления осциллятора своими руками являются:

Назначение (для алюминия или нержавеющей стали).
Род используемого тока – переменный, постоянный и его напряжение.
Потребляемая мощность – обычно не более 200…250 Вт, в противном случае стоимость компонентов схемы резко возрастёт.
Вторичное напряжение, которое должно быть не ниже 2500 В, иначе изготовление самодельного осциллятора себя не окупит.

Работу легче начинать, располагая сварочным преобразователем: в этом случае осциллятор можно делать не импульсно, а непрерывно действующим, и подключать к сварочной сети по более простой последовательной схеме. Наконец, при высокой частоте тока поджиг дуги произойдёт без контакта электрода со свариваемой поверхностью, а устойчивое горение дуги гарантируется даже при сравнительно небольших значениях силы тока.

Компоновку осциллятора на прямоугольной плате лучше выполнять следующим образом. Слева размещается высокочастотный трансформатор, предохранители и цепь управления, справа — дроссель, в центре – разрядник, конденсатор колебательного контура и блокировочный конденсатор, который будет отсекать ток низкой частоты от сварочной цепи.

конденсатора, рассчитанного на менее, чем на двукратный запас по напряжению (не менее 450…500 В для первой части и хотя бы 4 кВ – для второй) при ёмкости от 0,3 мФ (во втором каскаде может быть до 1 мФ);
варистора напряжением не менее того, которое требуется для напряжения на вторичной обмотке – 90…100 В (во втором каскаде может быть до 140…150 В);
катушки индуктивности, представляющей собой ферритовый стержень, на который с зазором не менее 0,8 мм наматывается проволока сечением 15…20 мм2. Число витков на первом каскаде должно быть не менее 7, во втором – меньше Вторая катушка служит своего рода фильтром от возможных колебаний тока большей амплитуды, которые могут привести к нестабильному горению дуги;

Для изготовления разрядника подбирается плата с рёбрами жёсткости, которая должна понижать температуру при срабатывании. В качестве вольфрамовых электродов можно воспользоваться сварочными, с диаметром не менее 2 мм. Торцы электродов предварительно торцуют, чтобы они были строго параллельны. Обязательно предусматривается регулировка зазора при помощи винта.

Во вторичную обмотку второго каскада для повышения стабильности работы подключается катушка от любого электрошокера. Правда, для питания этой катушки требуется напряжение 6В, которое можно получить только от аккумулятора, но это даже и лучше: всё равно самодельный осциллятор время от времени необходимо подвергать регламентному обслуживанию.

Первый каскад подключают к зажимам сварочного инвертора, а второй – к свариваемой детали и сварочной горелке. Осциллятор следует собрать во влагозащищённом корпусе, который снабжается вентиляционными отверстиями.

Разновидности осцилляторов

Использование сварочного осциллятора возможно лишь в качестве дополнительного устройства. Сам по себе он не может обеспечить рабочий процесс, из-за малой мощности и невозможности к самостоятельному соединению и расплавлению металлов. Основное предназначение прибора заключается в зажигании дуги и поддержке ее стабильного состояния без контакта электрода с металлической поверхностью.

Подобного результата удалось добиться за счет генерации высокого напряжения с высокой частотой, способного пробить воздушное пространство между металлом и электродом. Создается зона ионизированного воздуха, по которой в дальнейшем начинается течение уже основного сварочного тока.

В зависимости от рабочих режимов, все осцилляторы можно условно разделить на следующие группы:

Устройства непрерывного действия (рис. 1). Способны выдавать ток напряжением до 6000 вольт, частотой порядка 250 кГц. Этот дополнительный потенциал объединяется с основным сварочным током, способствуя мгновенному зажиганию дуги на определенном расстоянии от детали. Высокая частота обеспечивает стабильность, независимо от параметров инверторного тока. За счет малой мощности, дополнительный ток совершенно безопасен для сварщика. Прибор подключается к инвертору по параллельной или последовательной схеме. Последний вариант используется чаще и не требует дополнительной защиты от высокого напряжения.
Импульсные осцилляторы (рис. 2). Очень удобны при выполнении сварочных работ переменным током. Данные устройства обладают способностью к постоянному поддержанию дуги при изменяющейся полярности электричества. Они легко зажигают дугу при отсутствии каких-либо контактов электрода и заготовки. В целом, импульсные приборы имеют некоторые преимущества перед непрерывно действующими осцилляторами.
Приборы с использованием накопительных конденсаторов. Данные компоненты устанавливаются в общую схему и в дальнейшем обеспечивают работу устройства в режиме заряда-разряда. Наполнение конденсаторов энергией осуществляется с помощью зарядного модуля. В момент начала работы энергия заряженных конденсаторов отдается дуге. Затем они отключаются от схемы разряда и автоматически подключаются к зарядному модулю. При возникновении угрозы прерывания дуги происходит переключение конденсаторов на рабочую цепь сварочной аппаратуры.

Пошаговое изготовление

Порядок сборки осциллятора зависит от типа оборудования, с которым он будет использоваться.

Самодельный осциллятор для плазмореза

Вместо трансформатора в схему включают умножитель напряжения. Сила тока не является важным параметром. Устройство компактно, его можно собрать из простых деталей. При намотке умножителя обеспечивают качественную изоляцию. В противном случае напряжение пробьет первичную обмотку, блок выйдет из строя. Чтобы витки не вибрировали во время работы прибора, их обрабатывают эпоксидной смолой.

Самым сложным моментом считается подбор конденсаторов. Лучшими параметрами обладает деталь, извлекаемая из стартера люминесцентной лампы.

Устройство из катушки зажигания

Осциллятор можно сделать из катушки зажигания. В таком случае схему дополняют ВВ-диодом. Такой способ изготовления считается самым простым. Автомобильную катушку можно найти в любом гараже. Однако характеристики этого элемента не совсем подходят для сборки осциллятора. Поэтому остальные компоненты цепи придется подбирать более тщательно. Придется устанавливать разные блоки тиристоров, добиваясь уверенного горения электрической дуги.

Осциллятор для инвертора

При подготовке деталей учитывают такие факторы:

Назначение сварочного инвертора. Определяют, какие металлы придется варить. Любой материал имеет особенности, которые учитываются при выборе компонентов для осциллятора.
Характеристики тока.
Максимальную мощность. При необходимости получения высоких показателей придется использовать дорогие детали.

В бытовых условиях чаще всего сваривают алюминиевые детали. Поэтому прибор собирают по схеме, соответствующей данному типу работ.

Для сборки осциллятора выполняют следующие действия:

Дорабатывают трансформатор, заменяя первичную и вторичную обмотки. Сердечник обматывают кабелем, сечение которого зависит от требуемых параметров вырабатываемого тока.
Размещают разрядник, проводящий искру. После этого включают в цепь колебательный контур. Его снабжают конденсатором, вырабатывающим импульсы высокой частоты. С помощью этой детали прибор приобретает необходимые для работы характеристики. Зажигание дуги упрощается, она становится стабильной.
Проверяют работоспособность готового прибора. Для начала нажимают клавишу пуска, активирующую разрядник. После этого подносят электрод к детали, дожидаются возникновения дуги.

Из микроволновки

Трансформатор СВЧ-печи можно использовать в качестве основного блока осциллятора для дуговой сварки. Напряжение на магнетроне достигает 2200 В. Повысить это значение можно путем установки 3 последовательно соединяемых конденсаторов. Прибор начинает подавать на разрядник напряжение в 5200 В. Сердечник для второго (высокочастотного) трансформатора можно добыть из отклоняющей системы старого монитора.

Для первичной обмотки используют медную жилу толщиной 1,5 мм. Она состоит из 2 витков. Вторичная обмотка формируется из шины сечением 45 мм². Жила наматывается в 10 витков, покрывается виниловой изоляцией и трансформаторной бумагой. Для изготовления разрядников используют болты на 6 с полированными торцами и сплющенные медные трубки соответствующего диаметра. Также устанавливают клавишу пуска и блок питания для нее. Клапан подачи аргона покупают в готовом виде.

Разбираемся в конструкции и принципе действия осциллятора

Сварочные осцилляторы, способные работать с источниками переменного и постоянного тока, необходимы для того, чтобы одновременно повысить как величину напряжения, так и частоту электрического тока. Если на входе такого устройства напряжение составляет 220 В, а частота тока – 50 Гц, то на выходе уже получается 2500–3000 В и 150000–300000 Гц. Продолжительность импульсов, которые создает осциллятор, составляет десятки микросекунд. Мощность этих устройств, с помощью которых в сварочную цепь поступает ток высокой частоты и с большим значением напряжения, – 250–350 Вт.

Технические возможности, которыми обладает осциллятор, обеспечиваются его конструкцией и характеристиками его элементов.

» data-lazy-type=»iframe» src=»data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″>

Электрическую схему аппарата составляют следующие компоненты:

колебательный контур, выступающий в роли искрового генератора затухающих колебаний (в состав такого контура входят конденсатор и катушка индуктивности – подвижная обмотка высокочастотного трансформатора);
разрядник;
дроссельные катушки в количестве двух штук;
повышающий трансформатор;
трансформатор высокой частоты.

Функциональная схема осциллятора

Кроме того, осциллятор содержит элементы, обеспечивающие безопасность как самого устройства, так и сварщика. К таким элементам относятся конденсатор, защищающий сварщика от удара электрическим током, и предохранитель, размыкающий электрическую цепь при пробое конденсатора.

Осциллятор, который используется в паре со сварочным аппаратом, работает по следующему принципу. После прохождения по обмоткам повышающего трансформатора напряжение поступает на конденсатор колебательного контура и начинает заряжать его. Когда конденсатор заряжается до величины, предусмотренной его емкостью, он выдает разряд на разрядник, что приводит к пробою. После этого колебательный контур оказывается закороченным, что и вызывает возникновение резонансных затухающих колебаний. Высокочастотный ток, формирующий эти колебания, через блокировочный конденсатор и обмотку катушки поступает на сварочную дугу.

Пример изготовления платы осциллятора

Блокировочный конденсатор устроен таким образом, что через него может свободно проходить только ток высокой частоты, отличающийся и большим значением напряжения. Низкочастотный ток через такой конденсатор проходить не способен из-за слишком большого сопротивления. Благодаря данной характеристике блокировочного конденсатора через него не может пройти и низкочастотный ток от сварочного аппарата, что защищает осциллятор от короткого замыкания.

Разновидности

Использовать осциллятор можно по-разному в зависимости от вида работ и типа устройства. Общим для всех вариантов оборудования является необходимость преобразования тока до значений в 3000-5000 В и повышение частоты до 150-500 Кгц. Основное отличие состоит в продолжительности высокочастотного импульса. По принципу работу устройства бывают двух видов.

Непрерывного действия

Особенность заключается в том, что высокочастотный и сварочный токи суммируются. Дуга поджигается бесконтактным способом. Дуга остается стабильной даже при небольших показателях силы тока. Поражение специалиста электрическим разрядом, а также разбрызгивание расплава исключены. Неважен способ подключения оборудования в схему – параллельный или последовательный.

При последовательном подключении устройство присоединяется к кабелю, подающему напряжение на электрод. Такой вариант включения осциллятора является наиболее востребованным, поскольку наиболее эффективно используются его возможности. Не расходуется энергия на защиту от высокого напряжения. Модели непрерывного действия часто устанавливаются на трансформаторы и инверторы для работы с электродами покрытого типа.

Импульсные

Подключается параллельно и применяется тогда, когда сварочные работы выполняются переменным током. Оборудование должно очень быстро реагировать на смену полярности и именно в этом состоит основная сложность. В таких условиях поддержать дугу, обеспечить стабильность можно только при помощи импульсного высокочастотного тока. Если к сварочному аппарату на переменном токе подключить осциллятор непрерывного действия, то сварочная дуга зажжется без проблем. Но только первый раз. Повторно ее инициировать будет невозможно. Проще говоря устройство сможет выполнить свои функции только частично.

Конденсаторы в схеме необходимы для того, чтобы с максимальной эффективностью и в полном объеме задействовать функционал оборудования. Они копят заряд, который нужен для повторных импульсов – розжига угасшей в процессе формирования сварного шва дуги. Это неизбежно случается каждый раз, когда сварщик отклоняет электрод от сварочной ванны на большое расстояние, разрывающее протекание электрического разряда. Не обойтись в такой установке без обратной связи. Поэтому предусмотрена управляющая схема, которая синхронизирует разряд конденсатора.

Разновидности

Осциллятор может применять по-разному, в зависимости от его типа и вида выполняемых сварочных работ. Общими параметрами всех устройств является преобразование тока до 3000-5000 В, и повышение частоты колебания до 150-500 кГц. Различие же заключается во временном показателе высокочастотного тока.

Модели с непрерывным действием применяются для поддержания и стабилизации сварочной дуги. Их подключение должно быть последовательным, чтобы защитить сварщика от высокого напряжения, которое постоянно присутствует в цепи. Такие осцилляторы накладывают высокочастотный ток поверх сварочного, что помогает производить беспрепятственный розжиг и вести сварку на малых токах. Чаще всего эти модели устанавливают на инверторы или трансформаторы для работы с покрытыми электродами.

Второй тип осцилляторов применяется лишь для бесконтактного поджига дуги. Обычно это используется в аргоновых аппаратах. Вольфрамовый электрод быстро затупляется при чирке об изделие. Это сказывается на качестве шва, который становится толще, и на свойствах дуги, чье действие рассеивается. Постоянная заточка конца иглы тормозит рабочий процесс. Внедрение в схему осциллятора с кратковременным импульсом позволяет возбуждать дугу без непосредственного контакта с поверхностью. Количество заточек электрода зависит лишь от аккуратности сварщика во время ведения шва.

Использование осцилляторов значительно оптимизирует сварочный процесс и экономит дорогостоящие расходные материалы. Выбрав аппарат в зависимости от типа намеченных работ, можно облегчить ее выполнение и повысить качество.

Резонанс осциллятора

Когда к цепи, состоящей из индуктора, конденсатора и резистора, приложено постоянное напряжение, но переменной частоты, реактивное сопротивление цепей конденсатора / резистора и индуктора / резистора должно изменять как амплитуду, так и фазу выходного сигнала по сравнению с входным сигналом из-за реактивного сопротивления используемых компонентов.

На высоких частотах реактивное сопротивление конденсатора очень низкое, действуя как короткое замыкание, в то время как реактивное сопротивление индуктора высокое, действующее как разомкнутая цепь. На низких частотах верно обратное, реактивное сопротивление конденсатора действует как разомкнутая цепь, а реактивное сопротивление индуктора действует как короткое замыкание.

Между этими двумя крайностями комбинация индуктивности и конденсатора создает «настроенную» или «резонансную» цепь, которая имеет резонансную частоту ( ƒr ), в которой емкостное и индуктивное реактивные сопротивления равны и взаимно компенсируются, оставляя только сопротивление схема противодействия потоку тока. Это означает, что фазовый сдвиг отсутствует, поскольку ток находится в фазе с напряжением. Рассмотрим схему ниже.

Какие бывают сварочные осцилляторы

Сварочный осциллятор не является основным устройством для проведения сварочных работ. Использовать его самостоятельно не представляется возможным, так как он не обладает большой мощностью, способной расплавлять и соединять металлы. Основная его функция – зажечь дугу без прикосновения электрода к рабочей поверхности, и далее поддерживать ее стабильное состояние.

Такой эффект возможен благодаря генерации прибором высокочастотного высоковольтного напряжения, способного осуществлять пробой воздушного промежутка между электродом и металлом. По мостику этого пробоя уже начинает течь основной сварной ток. Различают такие типы сварочных осцилляторов:

Аппарат с непрерывным режимом действия;
Аппарат с питанием импульсным режимом;
Аппарат с накопительными конденсаторами.

Схема сварочного осциллятора

Осциллятор непрерывного действия

Прибор такого типа выдает ток, частота которого доходит до 250 кГц, и амплитуда напряжения может достигать 6 киловольт. Это электричество дополнительно накладывается на основной ток сварки, дуга мгновенно зажигается на расстоянии от заготовки и держится стабильно при любых амплитудных значениях силы основного тока за счет высокой частоты. Ток сварочного осциллятора не представляет реальной угрозы для оператора, так как мощностью обладает небольшой.

Схема включения прибора в общую сеть со сварочным аппаратом может быть выполнена параллельно и последовательно. Последовательное включение более целесообразно. Здесь не нужно применять дополнительную защиту устройства по высокому напряжению.

Осциллятор импульсный

Конструкция осциллятора этого типа удобна в использовании, если сварка осуществляется током переменного значения. Оборудование способно удержать дугу в момент перехода полярности электричества, что наблюдается постоянно. Схема осциллятора непрерывного действия в этом смысле проигрывает. Импульсный прибор также без физического контакта зажигает дугу в первоначальный момент времени.

Осциллятор с накопительными конденсаторами

Прибор, в схеме которого имеются накопительные конденсаторы, работает по режиму заряд-разряд. Для насыщения конденсаторов используется специальный зарядный модуль. В первоначальный момент времени заряженные конденсаторы отдают энергию дуге и, отключаясь от схемы разряда, соединяются с зарядным модулем. При угрозе срыва дуги синхронизирующий модуль вновь переключает разрядники на рабочую линию сварочного аппарата.

Это интересно: Ремонт бензогенераторов своими руками — разъясняем со всех сторон

Сварочный осциллятор. схема и принцип работы

Устройство

Сварочный осциллятор своими руками

Разновидности осцилляторов