Snížení proudového rozsahu svařovacího transformátoru

 

V minulosti bylo v oblibě vyrobit si doma svařovací transformátor. Dělali si ho budoucí stavebníci, kteří si s ním řezali a svařovali traverzy, domácí kutilové zase vyráběli různé malotraktory a jiná zařízení. V současné době již není třeba žádné svářečky takto pracně vyrábět, protože jsou v prodeji za dostupnou cenu a ve velkém výběru. Tato samovýroba tedy v současnosti ztratila své kouzlo. A to nejen proto, že je k dostání i zemědělská mechanizace, ale i proto, že ovoce a zelenina jsou v obchodech ke koupi v hojném množství po celý rok, a tak není ani nutné tuto mechanizaci vyrábět nebo vlastnit. Při stavbě rodinného domu se nyní používá železo mnohem méně než dříve. Je to drahý materiál, a tak se spíše používá jako výztuha do betonu.

 

Svařování střídavým proudem je v současné době výjimečné i pro ruční svařování. Přesto je použití tohoto způsobu svařování v domácí dílně pro ty, kdo takovéto zařízení vlastní nebo je zdědili, stále aktuálním tématem. Menší prodávané svařovací transformátory nejsou vhodné pro svařování silných materiálů. Jsou značně poddimenzované. Je nutné pracovat s přestávkami, protože se přehřívají. Bývají vybaveny bimetalovou ochranou proti přehřátí, která přístroj při přetížení vypne. Současně prodávané svařovací transformátory mají často provařeny plechy, aby nedrnčely. Dojde-li přetěžováním ke spálení vinutí, transformátor nelze rozdělat a opravit.

 

Dříve hojně amatérsky konstruované svářečky byly robustnější. To znamená, že s takovýmito zařízeními bylo možné úspěšně svařovat i silnější materiály bez omezujících přestávek z důvodu jejich přehřátí. Tato zařízení, mnohdy velmi dobře technicky provedená, trpěla však také provozními nedostatky.

Postavit i zdánlivě jednoduchý elektrický stroj (netočivý) – svařovací transformátor – vyžaduje technické i praktické znalosti z oboru elektrotechniky i práce s kovem. Snadněji lze takovéto zařízení postavit pouze jako opakovanou konstrukci, která byla již někým sestrojena a vyzkoušena. Různé amatérsky sestrojené konstrukce byly nevhodné z hlediska regulace svařovacích proudů, a to zvláště směrem k menším proudovým rozsahům. Konstruktér méně zdatný v elektrotechnice volil snižování proudového rozsahu nevhodnou závitovou regulací. Přidáváním primárních závitů klesal svařovací proud, ale i napětí naprázdno, což vedlo k nestabilitě oblouku. Méně často používaná regulace změnou sekundárních závitů rovněž není vždy nejvhodnější.

Viděl jsem svařovací transformátor amatérsky zhotovený v elektrotechnické továrně. Měl ale pouze dva proudové rozsahy:

Tento transformátor jsem před dvaceti lety na přání majitele upravil, a to převinutím primárního vinutí. Úprava spočívala v zapojení, které nemění napětí naprázdno, ale mění rozptyl. Při přepínání směrem k větším proudům se vinutí přibližují k sobě a naopak (obr. 2). Transformátor byl opatřen šestinásobným přepínačem a zvládal plynulou regulaci 60 až 140 A. Byl zapojen pouze na sdružené napětí 400 V.

 

 

Tato úprava spočívá v zapojení vhodného činného odporu, a to do primárního nebo sekundárního vinutí (obr. 3a a obr. 3b).

Vyzkoušel jsem toto zapojení s odporem zapojeným do série s primárním vinutím. Ke zkoušce byl použit svařovací transformátor zapnutý na nejvyšší svařovací stupeň s proudovým rozsahem I_max = 130 A. Do série s primárním vinutím byl zapojen dvoukolový litinový vařič se šestistupňovou regulací.

 

Parametry a hodnoty tohoto zapojení byly tyto:

 

R = 22 Ω

 

převod transformátoru (U_prim = 400 V, U_sek = 65 V):

 

p = U_prim/U_sek = 400/65 = 6,15

 

 

P_zR = (I²/p²)R = (60²/6,15²) · 22 = 2 100 W

 

výkon na oblouku (napětí na oblouku při I = 60 A bylo přibližně Uobl = 22,4 V):

 

P_obl = U_obl I = 22,4 · 60 = 1 350 W

 

 

P_z = P_zR/P_obl = 2 100/1 350 = 1,55násobně větší

 

přepočtený odpor rezistoru zapojeného v sekundárním vinutí při stejných proudových poměrech:

 

R_sek = R/p² = 22/6,15² = 0,58 Ω

 

 

X₁ = 0,48 Ω

 

 

I_zkr = 86 A

 

Při této regulaci je vřazen do obvodu velký činný odpor, který nepříznivě působí na hoření oblouku. Na odporu je ztráta větší než užitečný výkon na oblouku. Při nestabilním hoření oblouku vzniká často zkrat, přičemž proud dosahuje velké hodnoty, což vede při déletrvajícím spojení elektrody se svařovaným materiálem k rozžhavení a deformaci elektrody. Tato regulace není dobrá. Z této regulace by měl radost energetik, který by řekl, že uvedené zapojení má dobrý účiník cos φ. Ekonom by řekl, že jde o plýtvání a elektrotechnik a svářeč vidí tuto regulaci jako nepříliš šťastnou.

 

Při tomto zapojení se tlumivka zapojuje stejně jako činný odpor, a to buď do série s primárním nebo sekundárním vinutím (obr. 4a a obr. 4b). Pro měření byla použita tlumivka ze rtuťové výbojky 220 V, 1 000 W (obr. 5).

 

Parametry a hodnoty tohoto zapojení byly tyto:

 

jmenovitý proud tlumivky:

 

I_n = 9,5 A

 

napětí na tlumivce při I_n:

 

U_n = 184 V

 

zdánlivý odpor tlumivky přibližně (mimo ztráty):

 

X_tlu = U_n/I_n = 184/9,5 = 20 Ω

 

přepočítaný zdánlivý odpor na sekundární vinutí:

 

X₂ = X_tlu/p² = 20/6,15² = 0,53 Ω

svařovací proud:

 

I = 60 A

 

proud elektrodou při zkratu:

 

I_zkr = 64 A

 

Použitá tlumivka má 270 závitů rozdělených po 135 na obou sloupcích. Při zapojení vhodného počtu závitů lze získat vícestupňovou regulaci. U tohoto způsobu regulace dobře zapaluje oblouk, držení elektrody je velmi pohodlné, oblouk lze natahovat. Indukčnost působí velmi dobře na klidné hoření oblouku. Regulace má oproti regulaci činným odporem jen nepatrné ztráty. Při připojení kompenzačního kondenzátoru o velikosti 3 až 4 kvar paralelně k přívodu lze účinně snížit zdánlivý proud transformátoru, což má vliv na velikost předřazeného jističe.