家デザイン溶接機へのコンデンサの接続図。自分でコンデンサーを溶接する

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溶接機へのコンデンサの接続図。自分でコンデンサーを溶接する

友人から電源トランスが焼けてしまった中華製Vita半自動溶接機（以下、PAと呼びます）を見つけました。

彼らは、まだ働いている間、何も調理することができない、強い飛沫、パチパチ音がするなどの苦情を言いました。そこで私は結論を導き出すと同時に、誰かの役に立つかもしれないので私の経験を共有することにしました。最初の検査で、PA用のトランスが一次巻線と二次巻線が別々に巻かれていたため、間違って巻かれていたことに気づきました。写真では、二次巻線だけが残り、一次巻線がその隣に巻かれていました。持ってきてくれました）。

これは、このような変圧器は急峻な電流-電圧特性（電圧-電流特性）を持ち、アーク溶接には適していますが、PAには適していないことを意味します。 Pa の場合、厳密な電流電圧特性を持つ変圧器が必要です。そのためには、変圧器の 2 次巻線を 1 次巻線の上に巻く必要があります。

変圧器の巻き戻しを開始するには、絶縁を損傷することなく二次巻線を慎重に巻き戻し、2 つの巻線を分離しているパーティションを切り取る必要があります。

一次巻線には厚さ 2 mm のエナメル銅線を使用しますが、完全に巻き直すには 3.1 kg、つまり 115 メートルの銅線が必要になります。一方の側からもう一方の側に向きを変え、また元に戻るように曲がります。 234 ターン巻く必要があります。つまり 7 層です。巻いた後、タップを作ります。

一次巻線とタップを布テープで絶縁します。次に、前に巻いたのと同じワイヤで二次巻線を巻きます。 20mm2のシャンクを約17メートル、しっかりと36回巻きます。

トランスの準備ができたので、今度はチョークに取り組みましょう。スロットルも PA において同様に重要な部品であり、スロットルがなければ正常に動作しません。磁気回路の2つの部分の間にギャップがないため、間違って作成されました。 TS-270トランスから鉄にチョークを巻いていきます。トランスを分解して磁気回路だけを取り出します。変圧器の二次巻線と同じ断面のワイヤを、磁気回路の 1 つの屈曲部または 2 つの屈曲部に巻き付け、必要に応じて端を直列に接続します。インダクタで最も重要なことは、磁気回路の 2 つの半分の間にあるべき非磁性ギャップであり、これは PCB インサートによって実現されます。ガスケットの厚さは 1.5 ～ 2 mm の範囲で、それぞれの場合に個別に実験的に決定されます。

アーク燃焼をより安定させるには、20,000 ～ 40,000 μF の容量のコンデンサを回路に配置し、コンデンサの電圧を 50 ボルト以上にする必要があります。概略的にはすべてこのようになります。

PA が正常に動作するには、上記の手順を実行するだけで十分です。
また、バーナーの直流に悩まされている方は、回路に 160 ～ 200 アンペアのサイリスタを取り付ける必要があります。ビデオでその方法をご覧ください。

ご清聴ありがとうございました -)

アルミ電解コンデンサは、溶接機の高周波インバータの安定動作を確保する重要な要素の一つです。この種の用途向けの信頼性の高い高品質のコンデンサは企業によって製造されています。

電気アーク溶接法を使用した最初の装置では、調整可能な交流変圧器が使用されていました。変圧器溶接機は最も人気があり、現在でも使用されています。これらは信頼性が高く、保守が容易ですが、重量が重い、変圧器巻線に非鉄金属が多く含まれる、溶接プロセスの自動化度が低いなど、多くの欠点があります。これらの欠点は、より高い電流周波数に移行し、出力トランスのサイズを縮小することで克服できます。電源周波数を 50 Hz からより高い周波数に移行することで変圧器のサイズを縮小するというアイデアは、20 世紀の 40 年代に生まれました。次に、これは電磁トランスデューサー - バイブレーターを使用して行われました。 1950 年に、真空管 (サイラトロン) がこれらの目的に使用され始めました。しかし、効率と信頼性が低いため、溶接技術でそれらを使用することは望ましくありませんでした。 60 年代初頭に半導体デバイスが広く導入されたことにより、最初はサイリスタベース、次にトランジスタベースの溶接インバータが積極的に開発されました。 21 世紀初頭に開発された絶縁ゲートバイポーラトランジスタ (IGBT) は、インバータデバイスの開発に新たな刺激を与えました。超音波周波数で動作できるため、トランスのサイズとデバイス全体の重量を大幅に削減できます。

インバータの簡略化されたブロック図は 3 つのブロックとして表すことができます (図 1)。入力には、並列接続された静電容量を備えたトランスレス整流器があり、これにより DC 電圧を 300 V まで高めることができます。インバーターユニットは DC を高周波交流に変換します。変換周波数は数十キロヘルツに達します。本機には高周波パルストランスが内蔵されており、電圧が降圧されています。このブロックは、シングルサイクルまたはプッシュプルパルスを使用する 2 つのバージョンで製造できます。どちらの場合も、トランジスタユニットはオン時間を調整できるスイッチングモードで動作するため、負荷電流を調整できます。出力整流ユニットは、インバータ後の交流電流を直接溶接電流に変換します。

溶接インバータの動作原理は、主電源電圧を段階的に変換することです。まず、AC 主電源電圧が増加し、予備整流ユニットで整流されます。インバータユニットのIGBTトランジスタを使用した高周波発生器に定電圧で電力を供給します。高周波交流電圧はトランスを用いて低周波電圧に変換され、出力整流部に供給されます。整流器の出力から、溶接電極に電流を供給することができます。電極電流は、負帰還の深さを制御することにより回路によって制御されます。マイクロプロセッサ技術の発展により、動作モードを独立して選択し、「固着防止」、高周波アーク励起、アーク保持などの機能を実行できるインバータ半自動機械の生産が始まりました。

溶接インバータのアルミ電解コンデンサ

溶接インバータの主な部品は、半導体部品、降圧トランス、コンデンサです。現在、半導体部品の品質は非常に高くなっており、正しく使用すれば問題は発生しません。デバイスは高周波とかなりの大電流で動作するという事実のため、デバイスの安定性に特別な注意を払う必要があります - 溶接作業の品質はそれに直接依存します。この文脈で最も重要なコンポーネントは電解コンデンサであり、その品質はデバイスの信頼性と電気ネットワークに導入される干渉のレベルに大きく影響します。

最も一般的なのはアルミ電解コンデンサです。これらは、プライマリネットワーク IP ソースでの使用に最適です。電解コンデンサは、高静電容量、高定格電圧、小型の寸法を持ち、可聴周波数で動作することができます。このような特性は、アルミニウム電解質の疑いのない利点の 1 つです。

すべてのアルミニウム電解コンデンサは、アルミニウム箔 (コンデンサの陽極)、紙スペーサー、別のアルミニウム箔の層 (コンデンサの陰極)、および別の紙の層の連続した層で構成されています。これらすべてを丸めて密閉容器に入れます。導体はアノード層とカソード層から引き出され、回路に組み込まれます。また、アルミニウム層は、その表面積を増加させ、それに応じてコンデンサの静電容量を増加させるために追加的にエッチングされる。同時に、高電圧コンデンサの容量は約 20 倍、低電圧コンデンサの容量は 100 倍に増加します。さらに、この構造全体は、必要なパラメータを達成するために化学薬品で処理されます。

電解コンデンサはかなり複雑な構造をしているため、製造や操作が困難です。コンデンサの特性は、動作モードや動作気候条件が異なると大きく変化する可能性があります。周波数と温度が上昇すると、コンデンサの静電容量と ESR が減少します。温度が低下すると静電容量も低下し、ESR が最大 100 倍に増加する可能性があるため、コンデンサの最大許容リップル電流が減少します。パルスおよび入力ネットワークフィルタコンデンサの信頼性は、まず第一に、最大許容リップル電流によって決まります。リップル電流が流れるとコンデンサが発熱し、初期故障の原因となります。

インバータにおける電解コンデンサの主な目的は、入力整流器の電圧を高め、発生する可能性のあるリップルを平滑化することです。

インバータの動作における重大な問題は、トランジスタを流れる大電流、電源スイッチを制御するための強力なドライバの使用を意味する制御パルスの形状に対する高い要件、電源回路の設置に対する高い要件、および大きなパルス電流によって引き起こされます。これらすべては入力フィルタコンデンサの品質係数に大きく依存するため、インバータ溶接機の場合は電解コンデンサのパラメータを慎重に選択する必要があります。したがって、溶接インバータの予備整流ユニットにおいて最も重要な要素は、ダイオードブリッジの後に設置されるフィルタ用電解コンデンサです。コンデンサは IGBT とダイオードの近くに設置することをお勧めします。これにより、デバイスを電源に接続する配線のインダクタンスがインバータの動作に及ぼす影響を排除できます。また、消費者の近くにコンデンサを設置すると、電源の交流に対する内部抵抗が減少し、増幅段の励磁が防止されます。

通常、全波コンバータのフィルタコンデンサは、整流電圧のリップルが 5 ～ 10 V を超えないように選択されます。また、フィルタコンデンサの電圧が 5 ～ 10 V の 1.41 倍になることも考慮する必要があります。ダイオードブリッジの出力にあります。したがって、ダイオードブリッジの後に 220 V の脈動電圧が得られた場合、コンデンサにはすでに 310 V の DC 電圧が生じます。通常、ネットワークの動作電圧は 250 V に制限されているため、フィルタ出力の電圧は 350 V になります。まれに、主電源電圧がさらに高くなる可能性があるため、コンデンサは動作電圧が 250 V になるように選択する必要があります。コンデンサは、動作電流が高いため、さらに発熱する可能性があります。推奨される上限温度範囲は少なくとも 85 ～ 105°C です。整流された電圧リップルを平滑化するための入力コンデンサは、デバイスの電力に応じて 470 ～ 2500 µF の容量で選択されます。共振チョークのギャップが一定の場合、入力コンデンサの静電容量が増加すると、アークに供給される電力も比例して増加します。

たとえば、1500 μF と 2200 μF のコンデンサが販売されていますが、原則として、1 つのコンデンサではなく、同じ容量のいくつかの部品が並列に接続されたコンデンサのバンクが使用されます。並列接続により内部抵抗とインダクタンスが低減され、電圧フィルタリングが向上します。また、充電の開始時には、短絡電流に近い非常に大きな充電電流がコンデンサを流れます。並列接続すると、各コンデンサに流れる電流を個別に減らすことができ、寿命が長くなります。

Hitachi、Samwha、Yageo から電解質を選択

今日のエレクトロニクス市場では、有名メーカーからあまり知られていないメーカーまで、適切なコンデンサを多数見つけることができます。機器を選択するときは、同様のパラメータでも、コンデンサの品質と信頼性が大きく異なることを忘れてはなりません。最も実績のある製品は、高品質アルミニウムコンデンサの世界的に有名なメーカーの製品です。各社はコンデンサ製造のための新技術の開発に積極的に取り組んでおり、自社製品は競合他社の製品に比べて優れた特性を持っています。

アルミニウム電解コンデンサは、いくつかのフォームファクタで入手できます。

プリント基板への取り付け用。
強化スナップインピン (スナップイン) 付き。
ボルト端子（ネジ端子）付き。

前置整流部に最適な上記メーカーのシリーズを表1、表2、表3に、外観をそれぞれ図2、図3、図4に示します。特定のシリーズは最大耐用年数 (特定のメーカーのファミリー内) と拡張された温度範囲を備えています。

表 1. Yageo 製の電解コンデンサ

表2. Samwha製電解コンデンサ

表3 日立製電解コンデンサ

名前	容量、μF	電圧、V	リップル電流、A	寸法、mm	フォームファクタ	耐用年数、h/°C
	470…2100	400, 420, 450, 500	2,75…9,58	30×40、 35×35…40×110	スナップイン	6000/85
	470…1500	400, 420, 450, 500	2,17…4,32	35×45、 40×41…40×101	スナップイン	6000/105
	470…1000	400, 420, 450, 500	1,92…3,48	35×40、 30×50…35×80	スナップイン	12000/105
	1000…12000	400, 450	4,5…29,7	51×75…90×236	ネジ端子	12000/105
GXR	2700…11000	400, 450	8,3…34,2	64×100…90×178	ネジ端子	12000/105

表 1、2、3 からわかるように、製品範囲は非常に幅広く、ユーザーは将来の溶接インバータの要件を完全に満たすパラメータを備えたコンデンサバンクを組み立てる機会があります。最も信頼できるのは、最大 12,000 時間の耐用年数を保証する日立のコンデンサですが、競合他社のこのパラメータは、Samwha JY シリーズコンデンサでは最大 10,000 時間、Yageo LC、NF、NH シリーズコンデンサでは最大 5,000 時間です。確かに、このパラメータは、指定されたライン以降のコンデンサの保証された故障を示すものではありません。ここでは、最大負荷および最大温度での使用時間のみを意味します。より低い温度範囲で使用すると、それに応じて寿命が長くなります。指定された期間が経過すると、最高温度での動作時に容量が 10% 減少し、損失が 10 ～ 13% 増加する可能性もあります。

金属要素をシームレスに接合するにはいくつかの方法がありますが、その中でもコンデンサ溶接は特別な位置を占めます。このテクノロジーは前世紀の 30 年代頃から普及しました。ドッキングは、所望の位置に電流を供給することによって行われる。短絡が発生し、金属が溶けます。

テクノロジーの長所と短所

最も興味深いのは、コンデンサ溶接が産業条件だけでなく日常生活でも使用できることです。これには、定電圧充電を備えた小型デバイスの使用が含まれます。このような装置は作業エリア内を簡単に移動できます。

このテクノロジーの利点の中で、注目すべき点は次のとおりです。

高い作業生産性。
使用される機器の耐久性。
さまざまな金属を接続する能力。
低レベルの発熱。
追加の消耗品が不足している。
エレメントの接続精度。

ただし、部品の接続にコンデンサ溶接を使用できない場合があります。これは主に、プロセス自体のパワーの持続時間が短いことと、組み合わされた要素の断面積が制限されているためです。さらに、パルス負荷はネットワーク内でさまざまな干渉を引き起こす可能性があります。

アプリケーションの特徴と詳細

ワークピースを接合するプロセス自体には接触溶接が含まれ、そのために特殊なコンデンサーで一定量のエネルギーが消費されます。その放出はほぼ瞬時に (1 ～ 3 ミリ秒以内) 行われるため、熱衝撃ゾーンが減少します。

このプロセスは経済的であるため、自分の手でコンデンサ溶接を実行するのは非常に便利です。使用されるデバイスは通常の電気ネットワークに接続できます。産業用の特別な高出力デバイスがあります。

この技術は、車体の修理を目的とした作業場で特に人気を集めています。作業中に焼けたり、変形したりすることはありません。追加の矯正は必要ありません。

基本的なプロセス要件

コンデンサの溶接を高品質で実行するには、特定の条件を遵守する必要があります。

インパルスの瞬間にワークピースに加わる接触要素の圧力は、信頼性の高い接続を確保するのに十分なものでなければなりません。電極の開口は少し遅れて行う必要があり、これにより金属部品のより良好な結晶化が達成されます。
接合するワークピースの表面には、電流が直接印加されたときに酸化膜や錆による大きな抵抗が生じないよう、汚染物質が存在しない必要があります。異物が存在すると、技術の効率が大幅に低下します。
電極として銅棒が必要です。接触ゾーンの点の直径は、溶接される要素の厚さの少なくとも 2 ～ 3 倍でなければなりません。

技術的手法

ワークピースに影響を与えるには 3 つのオプションがあります。

コンデンサのスポット溶接は、主に厚さの比率が異なる部品を接合するために使用されます。エレクトロニクスおよび機器製造の分野でうまく使用されています。
ローラー溶接は、連続的な継ぎ目の形で行われる一定数のスポット接続です。電極は回転コイルに似ています。
インパクトコンデンサ溶接を使用すると、小さな断面の要素を作成できます。ワークピースの衝突前にアーク放電が形成され、端部が溶解します。部品同士を接触させた後、溶接を行います。

使用する機器による分類としては、変圧器の有無により技術を分けることができます。これがない場合、メインデバイスの設計は簡素化され、熱の大部分は直接接触ゾーンで放出されます。変圧器溶接の主な利点は、大量のエネルギーを提供できることです。

DIY コンデンサーのスポット溶接: 簡単な装置の図

0.5mmまでの薄いシートや小さなパーツの接続なら、ご家庭で簡単に作ることができます。その中で、インパルスは変圧器を介して供給されます。二次巻線の一方の端は主要部分のアレイに接続され、もう一方の端は電極に接続されます。

このようなデバイスの製造では、一次巻線が電気ネットワークに接続される回路を使用できます。その端の一方は、コンバータの対角線を介してダイオードブリッジの形で出力されます。一方、信号はスタートボタンによって制御されるサイリスタから直接供給されます。

この場合のパルスは、1000～2000μFの容量を有するコンデンサを用いて生成される。トランスの製造には、厚さ 70 mm の Sh-40 コアを使用できます。 300 回の一次巻線は、PEV とマークされた 0.8 mm の断面を持つワイヤから簡単に作成できます。 KU200 または PTL-50 という名称のサイリスタが制御に適しています。 10 回巻いた二次巻線は銅バスバーで作ることができます。

より強力なコンデンサ溶接：自家製装置の図と説明

電力インジケーターを増やすには、製造されたデバイスの設計を変更する必要があります。適切なアプローチを使用すれば、最大 5 mm の断面を持つワイヤや、厚さ 1 mm 以下の薄いシートを接続することが可能になります。信号を制御するには、80 A の電流用に設計された、MTT4K とマークされた非接触スターターが使用されます。

通常、制御ユニットには、並列接続されたサイリスタ、ダイオード、および抵抗が含まれます。応答間隔は入力トランスの主回路にあるリレーで調整します。

エネルギーは電解コンデンサで加熱され、表を使用して単一のバッテリーに結合されます。必要なパラメータと要素の数を確認できます。

変圧器の主巻線は断面積 1.5 mm のワイヤで作られ、二次巻線は銅バスバーで作られています。

自家製デバイスは次のスキームに従って動作します。スタートボタンを押すと、取り付けられたリレーが作動し、サイリスタ接点を使用して溶接ユニットの変圧器をオンにします。シャットダウンはコンデンサが放電された直後に発生します。パルス効果は可変抵抗器で調整します。

接点遮断装置

製造されたコンデンサ溶接用デバイスには、電極を固定したり自由に移動したりできる便利な溶接モジュールが必要です。最も単純な設計では、接触要素を手動で保持します。より複雑なバージョンでは、下部電極が静止位置に固定されます。

これを行うには、長さ 10 ～ 20 mm、断面積 8 mm 以上の適切なベースに固定します。コンタクト上部は丸みを帯びています。第 2 の電極は、移動可能なプラットフォームに取り付けられています。いずれの場合も、調整ネジを取り付ける必要があり、その助けを借りて追加の圧力が加えられ、追加の圧力が発生します。

ベースを可動プラットフォームから電極の接触部まで隔離することが不可欠です。

作業命令

自分の手でコンデンサのスポット溶接を行う前に、主な手順を理解しておく必要があります。

初期段階では、接続する要素が適切に準備されます。粉塵粒子、錆、その他の物質の形での汚染物質が表面から除去されます。異物が存在すると、ワークピースを高品質に接合できなくなります。
パーツ同士を必要な位置で接続します。それらは 2 つの電極の間に配置する必要があります。締め付け後、スタートボタンを押すと接触子に衝撃が加わります。
ワークへの電気的影響がなくなると、電極を離すことができます。完成した部分が取り外されます。必要がある場合は、別のポイントにインストールされます。ギャップのサイズは、溶接要素の厚さに直接影響されます。