Автор: pnp_machinist, pnp_mechanic@mail.ru
Опубликовано 19.09.2016.
Создано при помощи КотоРед.
Простой аппарат плазменной резки.
Значение аппарата плазменной резки для народного хозяйства трудно переоценить. Так например одна только экономия металла при раскрое составляет 10-15%. Не говоря уже о возможности вырезать отверстия и детали различной формы в листовом металле. Появление на рынке сварочных инверторов и расходных материалов для плазмотронов сделало этот способ обработки металла доступным для широких масс населения.
В нашем случае в качестве рабочей среды плазмы используется осушенный атмосферный воздух давлением 3.5 – 4 Атм. Плазматрон CUT-40 как один из самых доступных . И инвертор сварочного тока выходным напряжением 100-140 вольт, 10-40 А. Этого вполне хватает для резки металла толщиной 0,5 – 6 мм. Исходя из данных – сила тока для реза 1 мм. толщины металла должна быть примерно 6 А
Теория.
Как видно на условном изображения горелки, атмосферный воздух одновременно является рабочей средой для образования плазмы и охлаждает элементы горелки.
В первый момент дуга разжигается высоковольтным разрядом между электродом и соплом при условии контакта последнего с анодом т.е. металлом. Далее образовавшаяся плазма выдувается потоком воздуха. Для поддержания стабильной дуги необходимо выдерживать зазор между соплом горелки и металлом около 1 мм. , что весьма трудно. Для этого предлагаются специальные насадки. Но как утверждают специалисты они только мешают. Я полностью разделяю их мнение и поэтому просто веду без нажима соплом горелки по заготовке. Замечено при недостаточном токе сопло "прилипает" к металлу. О успешном процессе резки можно судить по видимым искрам с обратной стороны металла. По окончании резки не следует отводить горелку, лучше прервать процесс снятием напряжения. Так продлевается срок службы электрода со вставкой из гафния .
Инвертор
Для силовой части хорошо подходит схема инвертора AVT-200. Данный инвертор уже неоднократно повторялся и хорошо известен в сети Интернет. Оригинал статьи автора доступен в архиве AVT-200.rar. Изменения коснулись узла формирования пилообразного напряжения на токовом входе компаратора и цепей задания тока. Изменена печатная плата.
Узел задания тока питается стабильным напряжением 15 В, что улучшает повторяемость. Для снижения уровня помех в цепях токового компаратора установлен резистор R90. Большая индуктивность выходного дросселя позволяет упростить схему формирования "пилы". В остальном схема мало отличается от оригинала. Для токового шунта необходимо использовать манганиновую проволоку. В моём случае при диаметре 0.9 мм длинна шунта 20 мм.
Отдельно отмечу в схеме отсутствует узел защиты от превышения тока и К.З. в нагрузке. Разумеется такие узлы необходимы. Но короткое замыкание в правильно собранной горелке CUT-40 не возможно. Если конечно сопло совсем расплавится и останется только электрод.
В большинстве случаев для успешного розжига плазмы хватает высоковольтного разряда напряжением 20-22 кВ. постоянного тока. Схема с искровым разрядником самая простая в реализации . Для снижения требований к повышающему трансформатору используется умножитель напряжения . Разрядник изготовлен из контактов реле , зазор 1 – 1.5 мм. Высоковольтный трансформатор намотан на ферритовом сердечнике диаметром 8 мм. длинной 80 мм Первичная обмотка 7-8 витков проводом МГТФ-0,35. Вторичная медным проводом ПЭВ- 2 диаметром 1,5 мм. Пропитан эпоксидной смолой. Между обмоточками изоляция обязательна. Накопительный конденсатора взят из стартёра времён СССР для лампы дневного света мощностью 80 Вт. Как оказалось другие конденсаторы – 10n 6,3 kV. сгорают после 3-й попытки розжига.
Схема управления.
Для работы реализована простая последовательность управления.
При нажатии кнопки оператора S3 последовательно происходит
1- Подача воздуха.
2- Пауза 0.5-1 сек. (это время необходимо для продувки плазмотрона)
3- Включение инвертора.
4- Включение осциллятора на 2 сек.
При размыкании кнопки выключается инвертор и с задержкой 3-4 сек. снимается напряжение с воздушного клапана. Этого времени достаточно для остывания горелки.
В исходном состоянии все реле обесточены и копка оператора S3 отжата. При замыкании S3 сработает реле REL 2 и своими контактами замкнёт базовые цепи транзисторов Т1, Т3, Т4, Т6. к общему проводу. Причём напряжение на базе транзисторе Т1 появится с небольшой задержкой обусловленной RC цепочкой R4,C1. Стабилитрон в цепи коллектора Т1 определяет пороговое напряжение при открытии транзистора, что также является своеобразной защитой от помех в цепях управления.
Далее открывается транзистор Т2 и срабатывает реле включения инвертора. При нажатой кнопке S3 транзистор Т3 закрыт и на работу схемы не влияет.
Одновременно с этим подаётся напряжение на схему включения осциллятора.
Положительное напряжение с коллектора транзистора Т1 через стабилитрон ZD4 попадает на базу Т8 , открывшийся транзистор включает реле подачи напряжения на осциллятор. По истечении времени заряда конденсатора С5 транзистор Т7 закрывает транзистор Т8. Так время работы осциллятора ограничено 1-2 секундами. Что вполне достаточно для уверенного розжига дуги в плазмотроне.
Реализация временных задержек для осциллятора и воздушного клапана реализованы по сходным схемам.
При размыкании кнопки S3 снимается напряжение с обмотки реле REL 2 . Далее положительное напряжение через резистор R16 открывает транзистор Т3 который блокирует транзистор Т2 и реле управления инвертором обесточится. Одновременно с этим конденсатор С4 разряжается через резистор R23 и переход база эмиттер. Таким образом воздушный клапан выключается с необходимой задержкой. При повторном нажатии кнопки S3 процесс повторяется.
Детали.
Как оказалось самая большая проблема – это перекрыть поток воздуха. Для этих целей установлен клапан КИПиА времён СССР . Не смотря на надпись 1 атм. ДУ 2.5мм. Он с честью перекрывает 4 атм. Фильтр для очистки воздуха 1/4" Intrtool PT1412 выбран как самый доступный.
Трансформатор инвертора на кольце CF138-T6325-C первичная и вторичная обмотки намотаны в два провода диаметром 1.2 мм. Выходной дроссель на кольце из альсифера 46х25х18 проводом 1.5 мм до заполнения в один слой. Выбран именно этот дроссель т.к. в моём случае нет необходимости использовать токи более 20 А. Высоковольтный трансформатор намотан проводом 1.5мм из этих же соображений. Трансформатор осциллятора намотан на сердечнике ETD-39 проводом ПЭВ-2 -0.45 послойная и между обмотками изоляция обязательна.
Проверка инвертора.
На время проверки силовой части осциллятор и схема управления должны быть отключены. Разумеется контакты реле блокировки инвертора нужно замкнуть.
Перед включением необходимо проверить правильность монтажа. Первым проверяется источник питания , предусмотрена возможность его отдельного подключения через разъём JMP2. Затем необходимо убедится в наличии и правильности формы импульсов частотой 50 кГц. на затворах силовых транзисторов инвертора. Время "спада" не должно превышать 0,25us. Следующим шагом проверяется работа инвертора на эквивалент нагрузки. Я использовал два водяных ТЭНа по 5 кВт. соединённых параллельно. Максимальный ток устанавливается резистором R78. Минимальный ток при данной схеме не нуждается в регулировке. Его значение близко к 10 А. В конце статьи в файлах SDS00003 и SDS00004 приведены формы напряжения на коллекторе транзистора T8 инвертора при отсутствии тока и нагрузке 10 А.
Во время проверки ток в цепи нагрузки контролируется стрелочным амперметром с измерительным шунтом. Розжиг дуги и работа осциллятора проверяется импровизированным имитатором. Две медные проволоки диаметром 0.8 -1 мм. подключаются к аноду и катоду при этом обеспечивается зазор 2-3 мм. Электрическая дуга должна надёжно разжигаться с первого включения осциллятора. При этом медь естественно сгорает, а дуга тухнет.
Далее – пробный рез не толстого металла. Окрашенный желательно не использовать. Регулятором расположенном на фильтре установить давление воздуха 4 атм. Продуть резак воздухом 3-4 сек. для этого принудительно открыть воздушный клапан нажатием кнопки S2. Прикоснувшись соплом к заготовке нажать кнопку на ручке резака. При этом на 2 сек. включается осциллятор. И образовавшимся факелом плазмы резать, без особого нажима ведя по намеченной линии соплом.
Не стоит пренебрегать элементарными правилами ТБ. Величина выходного напряжения и тока могут быть опасны для жизни! Защита органов зрения обязательна!
Традиционно обсуждается на форуме все не написанное здесь.
Осциллятор для плазмореза — это устройство для бесконтактного возбуждения дуги и стабилизации её горения. Эти опции он получает благодаря преобразованию параметров электроэнергии.
Самодельный осциллятор для плазмореза: немного теории
Внешний вид электронного блока осциллятора заводского изготовления представлен на рисунке.
Сварочный осциллятор марки ВСД-02, используемый для стабилизации горения дуги. Ист. http://met-all.org/oborudovanie/svarochnye/svarochnyj-oscillyator-svoimi-rukami.html.
Современные осцилляторы делятся на два класса действия:
- непрерывного действия. Этот класс к сварочному току добавляется ток высокой частоты (150…250 КГц) и с большим значением напряжения (3000…6000 В). В таких условиях дуга будет зажигаться даже без прикосновения электрода к поверхности соединяемых заготовок. Более того, она будет гореть очень устойчиво даже при небольших значениях сварочного тока (благодаря высокой частоте тока, вырабатываемого осциллятором). И, что тоже не маловажно, электроэнергия с такими характеристиками не опасна для здоровья рабочего, работающего на этом устройстве;
- импульсные. Электрическая схема этого класса может предусматривать его параллельное или последовательное подключение.
Примеры электрических схем указаны на рисунке.
Параллельное и последовательное подключение осциллятора. Ист. http://met-all.org/oborudovanie/svarochnye/svarochnyj-oscillyator-svoimi-rukami.html.
Большую эффективность имеет устройства, которые подключены к электрической цепи плазмореза последовательно. Объясняется это тем, что в их схеме не применяется, за ненадобностью, защита от высокого напряжения. Применение осциллятора, кроме того, позволяет расширить опции плазмореза и обрабатывать «проблемные» металлы или сплавы:
Осциллятор для плазмореза своими руками
Осциллятор, который при желании нетрудно изготовить своими руками, чаще всего, относится к устройствам непрерывного действия. Рассмотрим конструкцию гаджета.
В общем случае осциллятор состоит из следующих основных узлов:
- колебательный контур. Он играет роль искрового генератора затухающих колебаний. Колебательный контур состоит из следующих компонентов:
- накопительный конденсатор;
- катушка индуктивности. Её роль выполняет, как правило, обмотка высокочастотного трансформатора;
Если у вас есть необходимый инструмент, навыки работы с электронной техникой и желание собрать осциллятор для плазмореза своими руками, то вам предстоит собрать и настроить указанные выше узлы.
Схема
Чтобы было понятно, что вы будете создавать, расскажем, в общих чертах, о принципе действия осциллятора. Сетевое напряжение после повышающего трансформатора поступает на конденсатор колебательного контура и заряжает его. Когда конденсатор зарядился до оптимального значения, предусмотренного параметрами электросхемы, происходит его разряд через разрядник (пробой воздушного зазора).
Внешний вид самодельного разрядника приведён на рисунке.
Самодельный одноискровый разрядник. Ист. http://met-all.org/oborudovanie/svarochnye/svarochnyj-oscillyator-svoimi-rukami.html.
Импульс, возникший в этот момент на разряднике, возбуждает колебания в колебательном контуре (колебания представляют собой обмен энергией между ёмкостью конденсатора и индуктивностью обмотки высокочастотного трансформатора). В колебательном контуре возникают затухающие высокочастотные электрические колебания, соответствующие его резонансной частоте.
В момент резонанса на обкладках конденсатора колебательного контура образуется высокое напряжение (величина зависит от добротности «Q» колебательного контура), которое через разделительный конденсатор и обмотку катушки поступает на резак и производит поджиг. Параметры разделительного конденсатора подбираются таким образом, чтобы его реактивное сопротивление препятствовало прохождению тока низкой (сетевой) частоты и не препятствовало высокой частоте.
Вот один из вариантов принципиальной электрической схемы самодельного осциллятора.
Принципиальная электрическая схема осциллятора, который можно собрать своими руками. Ист. http://ismith.ru/welding-equip/svarochnyj-oscillyator-svoimi-rukami/.
Пояснения к схеме:
1. Назначение индикатора «МТХ-90». В момент разряда накопительного конденсатора (при условии правильного подключения всего устройства) светится табло «Контроль фазировки».
2. S1- выключатель дугообразователя;
3. Дроссель Др1 представляет собой катушку из 15 витков провода сечением 2,5 кв. мм, намотанную на кольце R40 х 25 х 80 из феррита с магнитной проницаемостью M2000HM.
4. Т1 – импульсный трансформатор генератора строчной развёртки (на сленге — «строчник») типа «ТС180-2».
Большим «плюсом» этой электрической схемы служит тот факт, что для её реализации не требуются какие-либо дефицитные или дорогостоящие детали (материалы).
Пример конструкции приведён на рисунке.
Пример монтажа осциллятора в «глухом» корпусе. Ист. http://m.radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=11&t=115840.
Настройка осциллятора должна осуществляться с тем плазморезом, с которым он будет в дальнейшем работать. Заключается она в подборе опытным путём терристоров. Ориентироваться следует на устойчивость сварочной дуги.
Видео
Посмотрите небольшой ролик с описанием одного из вариантов осциллятора своими руками:
Полезная информация по теме:
Теперь, когда вы знаете, как сделать осциллятор для плазмы, будет легче сделать плазморез своими руками.
Рекомендуем ознакомиться и с другими материалами раздела «Своими руками» на нашем сайте.
Также вам может понадобиться для приобретения деталей и расходников список адресов и телефонов в разных городах, где можно приобрести комплектующие для плазменной резки.
Может быть, вам будет полезен также раздел контактов сервисных центров по плазменному оборудованию в разных городах.
Рекомендованные сообщения
Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования
Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий
Создать аккаунт
Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!
Войти
Уже зарегистрированы? Войдите здесь.
Сейчас на странице 0 пользователей
Нет пользователей, просматривающих эту страницу.