Балластная нагрузка для испытания сварочных инверторов

[Гость COREi7]

Добрый день!

 

Хочется сделать балластную нагрузку для испытания сварочных инверторов примерно по такой схеме как на рисунке.

R1 - токовый шунт, R2 - нагрузка, S1 - ключ. Подскажите, что можно использовать в качестве нагрузки R2? Требуется ли заострять внимание на её сопротивление (расчитывать определенным образом), или можно подобрать любую по мощности? Что можно использовать в качестве ключа S1?

 

Заранее прошу прощения, если данный вопрос уже ранее обсуждался.

 

Т.е. например, если возмём в качестве нагрузки 4кВт-ную тену, предназначенную для работы от сети 220VAC, то получается у нее сопротивление будет R = U² / P = 220² / 4000 = 12.1 Ом. Если на выходе инвертора будет напряжение 20 VDC, получается максимальная сила тока будет I_max = 20 / 12.1 = 1.65 Ампер. А нужно, чтобы ампераж соответсвовал выставленному значению на инверторе.

 

Также получается, что для того, чтобы в этой цепи протекал ток 200 А, при напряжении 20 В, сопротивление нагрузки должно быть не более 200 / 20 = 0,1 Ом.

 

Если мотать спирать из нихромовой проволки, с удельным сопротивлением 1,40 Ом*мм²/м и ∅ 1 мм (сечением 0,7 мм²), то понадобится:

 

L = R x þ / S = 0.1 * 1.4 / 0.7 = 0.2 м = 20 см.

 

Тогда, вопрос, выдержит ли такой кусок нихромовой проволоки нагрузку в 200 А?

[Гость COREi7]

В общем еще немного покопал в интернете и поправил формулу. Получился такой расчет (1,4 м проволки ∅ 5 мм):

[Гость s237]

Тема интересная, раз уж даже в отдельную тему помещена.

 

Такой кусок спирали такой ток не выдержит продолжительное время. Будет очень сильно греться, и в конце концов перегорит. Необходимо параллелить эти ТЭНы таким количеством, что бы обеспечить такой ток. Но это ж сколько ТЭНов нужно...Но есть варианты и попроще.

 

Нагрузочный стенд

Нагрузочный стенд представляет собой нихромовые спирали 2 шт, одна спираль ∅ 3,5 мм, а вторая около 5 мм. Спирали использовал те, которые смог найти. К подбору длины спиралей подошел чисто с практической стороны. Может и не совсем по теории, но результат меня устроил вполне.

 

Подбор маленькой спирали на 50А:

Беру сварочный инвертор с гарантированным током 150А. В моем случае это был китайский Кенде MS200, обеспечивающий на выходе 180А. Хорошим сварочным кабелем с сечением 16 мм2, через стандартный шунт на 200А 75 мВ с головкой для постоянного тока, надежно подсоединяюсь к одному концу спирали. На этот же провод одеваю токоизмерительные клещи для постоянного тока, соблюдая направление протекания тока через клещи. На раздвижной «скобе» клещей обозначена полярность подсоединения. Я использовал клещи UNI-T UT203.

 

На сварочном аппарате выставляю ток приблизительно 100А регулятором, ориентируясь лишь только на показания шкалы регулятора (шильдик). Т.е ток, который сварочник способен отдать в нагрузку заведомо больше, чем 50А. Кладу спираль на бетонный пол, включаю сварочник, размещаю рядом в поле зрения головку с шунтом и токоизмерительные клещи.

Вторым сварочным проводом контачусь за второй конец спирали и наблюдаю за показаниями обеих приборов. Безусловно, показания немножко отличались друг от дружки, но очень незначительно, в пределах визуальной погрешности на стрелочной головке. Этим я просто пренебрег.

 

Дальше перемещаю место контакта второго провода по спирали в сторону уменьшения ее длины, нахожу положение, при котором оба прибора покажут ток 50А с указанной погрешностью. Так нашел точку, где необходимо откусить лишнее. Откусываю с запасом около 2-3 см на формовку ушка под болт.

 

Подбор большой спирали на 150А:

Все точно так же, только на аппарате устанавливаю максимальный сварочный ток, а это около 180А, хотя на шильдике написано 200А. Но эти, да и не только эти, а очень большое множество аппаратов, на такой ток (заниженный) настраиваются на заводе. Далее, перемещая контакт второго сварочного провода по спирали, нахожу место, где ее необходимо отрезать (опять с запасом), ориентируясь по показаниям приборов на 150А.

 

Так получились спирали с реальными нагрузочными токами, измеренными двумя независимыми приборами.

 

А дальше лишь только компоновка самого прибора. Здесь нужно учитывать, что при работе спирали очень хорошо греются, и необходимо очень серьезное охлаждение. В моем случае это воздушное охлаждение. В мой корпус влезли 3 шт. вентилятора. Один, который побольше на задней стенке – это вход воздуха, и два на боковых стенках – это выход воздуха. Все вентиляторы на 220 В, с максимально возможной производительностью, в этих габаритах. Но это видно на фото.

В приборе установлены 2 шт контактора, которыми коммутируются эти спирали. Тип контакторов уже не помню, опять таки на фото видно, но работают безотказно уже в течении 2,5 лет. Сами контакторы на 220В управления, поэтому включаю их обычными кнопками. Одна кнопка – это 50 А, как максимум (получилось чуть больше), а вторая кнопка это 150 А, как максимум (получилось тоже чуть больше). Чуть больше получилось почти что умышленно: в момент сборки подумал, что спирали со временем будут немножко выгорать, и ток соответственно станет меньше. Поэтому игнорировал тот запас с которым отрезал спирали, кажется и еще «прихватил» по сантиметру, но это сильно не беспокоит, и на точность измерений не влияет.

 

В качестве вольтметра и амперметра использованы цифровые вольтметры с пределом 0-999 мВ для постоянного тока. Для вольтметра пришлось изготовить делитель напряжения, а амперметр подключил непосредственно к токовому шунту. Шунт промышленный, но не помню на сколько ампер. Помню, что его пришлось подгонять под цифровой вольтметр 0-999 мВ. Подгонял ножовкой по металлу, делая пропилы (как на заводе почти). При этой подгонке использовал уже готовую спираль на 150 А и методику – как подобрать большую спираль, короче точно так же, только сравнивал теперь показания аж 3 шт приборов: гальванической головки, токовых клещей и моего «теперь уже амперметра».

 

Что бы запитать эти 2 показометра использовал 2 независимых блока питания на 2 шт маленьких трансформаторах и 2 шт стабилизаторах 7805. Какой либо принципиальной схемы не рисовал.

 

После окончания сборки всего стенда сверял его показания с токовыми клещами. Но это было не долго, потому что показания были одинаковыми. Сейчас клещи используются очень редко. Прибору доверяю.

 

Относительно продолжительности работы: ПВ таким прибором в течении 10 минут проверить конечно нельзя – слишком он маленький и не обеспечивает достойное охлаждение. Да и спирали не такие как на нормальных стендах. Но 5 минут прибор работает очень уверенно, без перегрева, это проверял на работе, где хорошая сеть.

 

Температуру выходящего воздуха не измерял, но рука не то, что бы терпит, а просто греется, как от обычного китайского нагревателя с вентилятором (беленькие такие с переключателем на 4 положения и лампочкой). Попробовал его нагрузить дома на максимальное время, так выбило пробки на лестничной площадке. Так что вот так.

 

В целом прибором очень доволен. Были мысли по его модернизации, так они пока мыслями и остались. Но доработать там кое что можно, а именно:

 

На верхней крышке этого стенда установить розетку 220В. Питание на этой розетке должно появляться лишь только после центрального выключателя на лицевой панели. В эту розетку включать испытываемый сварочник. Все это даст возможность обесточить абсолютно все одним центральным выключателем в случае нештатной ситуации. То есть – обесточивается сварочник, с него снимается нагрузка, и сам стенд отключен от сети. При первых ремонтах, когда еще возможны всякие ситуации, думаю это окажется полезным.

 

На задней стенке установить розетку 220В послабее и 2 гнезда от входных клемм прибора. В розетку питание осциллографа, а на клеммах смотреть сигнал на выходе испытуемого сварочника. Вот это наверное полезно. Но еще руки не дошли.

 

Уже недавно дошли руки и до этого, так что сейчас это уже работает.

 

Всё.

 

 

Далее – это кусок переписки с кем то из форумчан:

 

А еще в качестве нагрузочной проволоки можно использовать сварочные электроды. Хоть даже сварить несколько электродов последовательно методом сварки, и поместить их в металлическое ведро с водой, одним концом прикрутив их болтом к ведру, а вторые концы вывести на 2 шт хороших болта на досточку, которая будет одновременно крышкой ведра (но не герметичной крышкой).

 

Тогда коммутировать сможешь прямо сварочными клеммами КРОКОДИЛ (клемма массы), одна из которых цепляется прямо на ведро, а вторая на один из болтов, или на 2 болта одновременно. Тогда не нужно воздушное охлаждение, не нужны контакторы, повышается время ПВ этого ведра, а ток будешь смотреть клещами. Хороший вариант конструкции. У меня дома с ведром не удобно, поэтому у меня такой стенд. А у тебя будет такой. Единственное, что так это соблюдение техники безопасности, потому что электричество и вода очень плохо дружат.

 

А еще лучше, все эти электроды закрепить прямо на досточке тремя болтами, а сама досточка, что бы крепилась как то к ведру, типа такими замками с лямками (железные такие замки с откидной ручкой и металлической скобой, которая цепляется за ответную часть этого замка (ну типа такая скоба загнутая)). Так вот эту скобу прикрутить к ведру (этих скоб должно быть две), и замков должно быть два, по краям доски. А электроды позагибать либо по форме цилиндра (змеевика), либо просто по квадрату, так что бы спокойно влезали в ведро.

 

А еще сварочный ток можно коммутировать либо самодельным ножевым выключателем, по принципу как это было на стенде в Будпостаче, либо использовать для этой цели выключатель массы от автомобиля. Они бывают такие как на автомобиле ГАЗ, либо такие винтовые, как у тебя в Жигулях стоял, возле ручки открывания капота (они самые компактные), либо такие пластмассовые с поворотным большим рычагом (типа ключем). На мой взгляд – винтовой самый лучший. Тогда контактных болтов у тебя должно быть всего два – на+ и на-. А коммутация – поворотом барашка этого винтового выключателя. И ток они держат хороший. Стартер на машине потребляет до 300 Ампер.

 

А еще можно на эту досточку установить клеммы МАМА от сварочника, как у меня дома. Их как правило необходимо два типоразмера – один от Эксперта 180, а второй от Кенде MS 200.

У меня так.

Изменено 26 Октября, 2016 в 10:14 пользователем s237

[Datagor]

Серёг, я уже подсуетился :biggrin: Вот твой материал, да ещё и в твоём посте.

Абра-швабра-кадабра!

[Гость s237]

Игорь, Спасибо.

[Гость COREi7]

s237, спасибо большое за подробную информацию! Подскажите, где вы раздобыли нихромовые спирали? ТЭНы действительно можно запараллелить для снижения сопротивления и увеличения силы тока, как-то не подумал. Про контакторы тоже очень полезная информация, попробую завтра их поискать в магазинах, и спирали тоже. Остальное (амперметр с шунтом и вольтметр) уже приобретены, вот остались только эти компоненты.

 

В общем кое-каие нихромовые спирали нашел, правда их суммаоная мощность всего 4 кВт, а это где-то всего 150А. Но тем не менее пока придется довольстоваться этим, ибо больше у нас ничего нет. С котакторами, тоже все туго. На 200 ампер не нашел ни их, ни вообще что-то на 200 А. Да и стоить наверно будет космических денег. Буду пока балласт сооружать, дальше будет видно.

[Гость s237]

s237, спасибо большое за подробную информацию! Подскажите, где вы раздобыли нихромовые спирали? ТЭНы действительно можно запараллелить для снижения сопротивления и увеличения силы тока, как-то не подумал. Про контакторы тоже очень полезная информация, попробую завтра их поискать в магазинах, и спирали тоже. Остальное (амперметр с шунтом и вольтметр) уже приобретены, вот остались только эти компоненты.

 

В общем кое-каие нихромовые спирали нашел, правда их суммаоная мощность всего 4 кВт, а это где-то всего 150А. Но тем не менее пока придется довольстоваться этим, ибо больше у нас ничего нет. С котакторами, тоже все туго. На 200 ампер не нашел ни их, ни вообще что-то на 200 А. Да и стоить наверно будет космических денег. Буду пока балласт сооружать, дальше будет видно.

 

У меня контакторы не на 200 Ампер. И на моих фотках, в моем нагрузочном стенде, не на 200 Ампер. По фотке уже не рассмотрю, но по памяти помню, я использовал контакторы с управлением 220В, и с допустимым током через контакты, где то около 15-16 Ампер на каждую ламель. Все три штуки ламели запараллелельны. Ну не хочется раскручивать стенд для только вот такого ответа. Но чувствую, что прийдется. Они вообще для таких токов не предназначены. Но для коммутирования такой мощности, вполне предназначены. Из этого условия и исходил. И работают безотказно уже много лет. Может и на пределе. Но это не долго, а очень кратковременно, исчисляемое в минутах. Если будет очень нужно, ну сниму крышку со своего стенда еще раз..........

[Гость COREi7]

Не стоит уже, я взял рубильник трехфазный, по 125А на каждую ламель, также запараллелил две ламели, спасибо за подсказку.

 

В общем собрал по схеме как на рисунке как планировал и провел первое испытание, но получилось не совсем то, что ожидалось... Тестировалось на заведомо исправном сварочном аппарате. Выставил крутилкой 50 Ампер. После замыкания цепи, амперметр показал вначале около 100 Ампер, а потом через 1-1,5 сек сила тока упала до выставленных 50 ампер, при этом на аппарате загорелся желтый индикатор, а вольтметр показывал, что-то около 10 вольт. Подержал пару секунд, затем разомкнул цепь. Потом выставил на аппарате 60 ампер. Начальный ток подскочил еще больше - порядка 120 ампер, затем опустился до значения около 60 ампер, и при этом опять низкое напряжение и свечение желтого индикатора.

 

Подскажите что может быть не так? Почему присутствует этот начальный скачок, который довольно велик? Почему напряжение надает до 10 вольт? Вроде должно быть что-то около 20 вольт. Я так понимаю, так себя ведет аппарат при залипании электрода. Интересно как он отличает залипание, от поджигания дуги? Чем эти два явления отличаются.

[Гость COREi7]

Кстати, судя по всему, раз сопротивление балласта составляет порядка 0,1- 0,15 Ом, то для протекания в ней тока 50 А нужно напряжение 0,1 x 50 = 5 В. Возможно на выходе и было что-то около 5-7 Вольт, не успел точно зафиксировать. Скорее всего аппарат пытается выставить заданную силу тока посредством установки соответствующего выходного напряжения. Т.е. по сути это его штатный режим работы. А индикатор коммутируется из-за низкого выходного напряжения.

Тогда единственный момент остается с начальными скачками тока, амплитуда которых пропорциональна выставленному току на инверторе. Т.е. получается если выставить около 100 ампер, то после замыкания цепи, вначале сила тока в ней зашкалит и превысит допустимые пределы как для выходных диодов инвертора, так и для самого балласта? Тут не совсем понятно..

[Гость COREi7]

Видео пробного тестирования балласта.

 

== видео удалено автором ==

 

Отчетливо видно как себя ведет инвертор. На любом положении регулятора инвертора, ток почему-то 40 ампер. Пробовал задержать рубильник и крутить ручку регулятора - также 40 ампер и не меняется. На минимальном положении регулятора та же картина.

 

Пробовал также подключать к балласту ЛБП с выставленными параметрами 5 ампер и 20 вольт - после пуска напряжение также падает до 0,48 вольт, как с инвертором; амперметр фиксирует ток 5 ампер. На автомобильной зарядке напруга так же падает почти до нуля, ток устанавливается на уровне 70-75 ампер.

[Гость s237]

Это все не корректные испытания, а видео - вообще ни о чем. Только музыка, возможно, и заслуживает внимания.

Извиняйте но это так.

Прочитайте еще раз, то, как это делал я.

[Гость COREi7]

Это все не корректные испытания, а видео - вообще ни о чем. Только музыка, возможно, и заслуживает внимания.

Извиняйте но это так.

Прочитайте еще раз, то, как это делал я.

Ну "о чём" оно или "ни о чём" не знаю - мне в принипе плевать, оно было сделано лишь для того, чтобы наглядно показать испытания, которые были проведены, более ни для чего. Если оно не дает никаких нагладных представлений - то удалаю, никаких вопросов...

 

По поводу перечитать сообщение - там ни слова об испытаниях вообще, тем более о том, каковы должны быть "корректные испытания". Был лишь описан монтаж и подбор спиралей.

У меня вместо подбора расчет. Цель расчёта - получить баласт споротивлением 0,1 Ом (т.е. способный обеспечить протекание тока в 200 ампер при 20 вольтах) и мощностью 4 кВт (т.е. способный выдержать 200 ампер при 20 вольтах).

Об этих суждениях было сказано мной в начале, и об их корректности/некорректности никто словом не обмолвился.

Далее баласт был смонитровано на основе расчетов, и имеет заявленные (расчетные) параметры.

В видео показан процесс нагрузки инвертора этим балластом. Сами расчеты прикреплены ниже.

 

Я лишь пытаюсь понять, что было не учтено