Создаем современные сварочные аппараты

Создаем современные 
сварочные аппараты

Москва, 2023

В. Я. Володин

2-е издание, электронное

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

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

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

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

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

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

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

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

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