Генератор плазмы своими руками

Самодельный плазмотрон — вариант газовой сварки

Принцип действия большинства плазматронов мощностью от нескольких кВт до нескольких мегаватт, практически один и тот же. Между катодом, выполненным из тугоплавкого материала, и интенсивно охлаждаемым анодом, горит электрическая дуга.

Через эту дугу продувается рабочее тело (РТ) — плазмообразующий газ, которым может быть воздух, водяной пар, или что другое. Происходит ионизация РТ, и в результате на выходе получаем четвертое агрегатное состояние вещества, называемое плазмой.

В мощных аппаратах вдоль сопла ставится катушка эл.магнита, он служит для стабилизации потока плазмы по оси и уменьшения износа анода.

В этой статье описывается уже вторая по счету конструкция, т.к. первая попытка получить устойчивую плазму не увенчалась особым успехом. Изучив устройство «Алплаза», мы пришли к выводу что повторять его один в один пожалуй не стоит. Если кому интересно — все очень хорошо описано в прилагаемой к нему инструкции.

Наша первая модель не имела активного охлаждения анода. В качестве рабочего тела использовался водяной пар из специально сооруженного электрического парогенератора — герметичный котел с двумя титановыми пластинками, погруженными в воду и включенными в сеть 220V.

Катодом плазматрона служил вольфрамовый электрод диаметром 2 мм который быстро отгорал. Диаметр отверстия сопла анода был 1.2 мм, и оно постоянно засорялось.

Получить стабильную плазму не удалось, но проблески все же были, и это стимулировало к продолжению экспериментов.

В данном плазмогенераторе в качестве рабочего тела испытывались пароводяная смесь и воздух. Выход плазмы получился интенсивнее с водяным паром, но для устойчивой работы его необходимо перегревать до температуры в не одну сотню градусов, чтобы не конденсировался на охлажденных узлах плазматрона.

Такой нагреватель еще не сделан, поэтому эксперименты пока что продолжаются только с воздухом.

Фотографии внутренностей плазматрона:

Анод выполнен из меди, диаметр отверстия сопла от 1.8 до 2 мм. Анодный блок сделан из бронзы, и состоит из двух герметично спаянных деталей, между которыми существует полость для прокачки охлаждающей жидкости — воды или тосола.

Катодом служит слегка заостренный вольфрамовый стержень диаметром 4 мм, полученный из сварочного электрода. Он дополнительно охлаждается потоком рабочего тела, подаваемого под давлением от 0.5 до 1.5 атм.

А вот полностью разобранный плазматрон:

Электропитание подводится к аноду через трубки системы охлаждения, а к катоду — через провод, прицепленный его держателю.

Запуск, т.е. зажигание дуги, производится закручиванием ручки подачи катода до момента соприкосновения с анодом. Затем катод надо сразу же отвести на расстояние 2..4 мм от анода (пара оборотов ручки), и между ними продолжает гореть дуга.

Электропитание, подключение шлангов подачи воздуха от компрессора и системы охлаждения — на следующей схеме:

В качестве балластного резистора можно использовать любой подходящий электронагревательный прибор мощностью от 3 до 5 кВт, например подобрать несколько кипятильников, соединенных параллельно.

Дроссель выпрямителя должен быть рассчитан на ток до 20 A, наш экземпляр содержит около сотни витков толстой медной проволоки.

Диоды подойдут любые, рассчитанные на ток от 50 А и выше, и напряжение от 500 V.

Воздушный компрессор для подачи рабочего тела взят автомобильный, а для прокачки охлаждающей жидкости по замкнутому контуру используется автомобильный омыватель стекол. Электропитание к ним подводится от отдельного 12-вольтового трансформатора с выпрямителем.

Немного о планах на будущее

Как показала практика, и эта конструкция тоже оказалась экспериментальная. Наконец-то получена стабильная работа в течение 5 — 10 минут. Но до полного совершенства еще далеко.

Сменные аноды постепенно выгорают, а делать их из меди, да еще с резьбой, затруднительно, уж лучше бы без резьбы. Система охлаждения не имеет прямого контакта жидкости со сменным анодом, и из-за этого теплообмен оставляет желать лучшего. Более удачным был бы вариант с прямым охлаждением.

Детали выточены из имевшихся под рукой полуфабрикатов, конструкция в целом слишком сложна для повторения.

Также необходимо найти мощный развязывающий трансформатор, без него пользоваться плазматроном опасно.

И под завершение еще снимки плазматрона при разрезании проволоки и стальных пластинок. Искры летят почти на метр 🙂

Изготовление плазмореза из инвертора своими руками: инструкция, схемы, видео

Заводской аппарат для плазменной резки. Наша задача: сделать аналог своими руками

Сделать функциональный плазморез своими руками из серийного сварочного инвертора не так уж сложно, как это может показаться на первый взгляд. Для того чтобы решить эту задачу, необходимо подготовить все конструктивные элементы такого устройства:

• плазменный резак (его также называют плазмотроном);
• сварочный инвертор или трансформатор, который будет выступать в роли источника электрического тока;
• компрессор, при помощи которого будет создаваться струя воздуха, необходимая для формирования и охлаждения потока плазмы;
• кабели и шланги для объединения в одну систему всех конструктивных элементов аппарата.

Общая схема работы плазменной резки

Плазморез, в том числе и самодельный, успешно используется для выполнения различных работ как в производственных, так и в домашних условиях. Незаменим такой аппарат в тех ситуациях, когда необходимо выполнить точный, тонкий и высококачественный рез заготовок из металла. Отдельные модели плазморезов по своим функциональным возможностям позволяют использовать их в качестве сварочного аппарата. Такая сварка выполняется в среде защитного газа аргона.

Газовый шланг и обратный кабель для плазменной резки

При выборе для комплектации самодельного плазмотрона источника питания важно обращать внимание на силу тока, которую такой источник сможет вырабатывать. Чаще всего для этого выбирают инвертор, обеспечивающий высокую стабильность процессу плазменной резки и позволяющий более экономно расходовать электроэнергию. Отличаясь от сварочного трансформатора компактными габаритами и легким весом, инвертор более удобен в использовании. Единственным минусом применения инверторных плазморезов является трудность раскроя с их помощью слишком толстых заготовок.

Горелка плазменного резака ABIPLAS и ее составные части

При сборке самодельного аппарата для выполнения плазменной резки можно использовать готовые схемы, которые несложно найти в интернете. В Сети, кроме того, есть видео по изготовлению плазмореза своими руками. Используя при сборке такого устройства готовую схему, очень важно строго ее придерживаться, а также обращать особенное внимание на соответствие конструктивных элементов друг другу.

Схемы плазмореза на примере аппарата АПР-91

Схема силовой части (нажмите для увеличения)

Схема управления плазмореза (нажмите для увеличения)

Схема осциллятора (нажмите для увеличения)

Элементы самодельного аппарата для плазменной резки

Первое, что необходимо найти для изготовления самодельного плазмореза, – это источник питания, в котором будет формироваться электрический ток с требуемыми характеристиками. Чаще всего в этом качестве используются инверторные сварочные аппараты, что объясняется рядом их преимуществ. Благодаря своим техническим характеристикам такое оборудование обеспечивает высокую стабильность формируемого напряжения, что положительно сказывается на качестве выполнения резки. Работать с инверторами значительно удобнее, что объясняется не только их компактными габаритами и незначительным весом, но и простотой настройки и эксплуатации.

Принцип работы плазмореза

В отдельных случаях источником питания для плазмореза может служить сварочный трансформатор, но его использование чревато значительным потреблением электроэнергии. Следует также учитывать и то, что любой сварочный трансформатор отличается большими габаритами и значительной массой.

Основным элементом аппарата, предназначенного для раскроя металла при помощи струи плазмы, является плазменный резак. Именно данный элемент оборудования обеспечивает качество резки, а также эффективность ее выполнения.

Форма и размер плазменной струи зависит от диаметра сопла

Для формирования воздушного потока, который будет преобразовываться в высокотемпературную струю плазмы, в конструкции плазмореза используется специальный компрессор. Электрический ток от инвертора и воздушный поток от компрессора подаются к плазменному резаку при помощи кабель-шлангового пакета.

Центральным рабочим элементом плазмореза является плазмотрон, конструкция которого состоит из следующих элементов:

• сопла;
• канала, по которому подается воздушная струя;
• электрода;
• изолятора, который одновременно выполняет функцию охлаждения.

Конструкция плазменного резака и рекомендации по его изготовлению

Первое, что необходимо сделать перед изготовлением плазмотрона, – это подобрать для него соответствующий электрод. Наиболее распространенными материалами, из которых делают электроды для выполнения плазменной резки, являются бериллий, торий, цирконий и гафний. На поверхности данных материалов при нагревании формируются тугоплавкие оксидные пленки, которые препятствуют активному разрушению электродов.

Сменные насадки для плазмотрона

Некоторые из вышеперечисленных материалов при нагревании могут выделять опасные для здоровья человека соединения, что следует обязательно учитывать, выбирая тип электрода. Так, при использовании бериллия формируются радиоактивные оксиды, а испарения тория при их соединении с кислородом образуют опасные токсичные вещества. Совершенно безопасным материалом, из которого делают электроды для плазмотрона, является гафний.

За формирование струи плазмы, благодаря которой и выполняется резка, отвечает сопло. Его изготовлению следует уделить серьезное внимание, так как от характеристик данного элемента зависит качество рабочего потока.

Строение сопла плазменной горелки

Как уже говорилось выше, в конструкции плазмореза обязательно присутствует компрессор, формирующий и подающий к соплу воздушный поток. Последний необходим не только для формирования струи высокотемпературной плазмы, но и для охлаждения элементов аппарата. Использование сжатого воздуха в качестве рабочей и охлаждающей среды, а также инвертора, формирующего рабочий ток силой 200 А, позволяет эффективно разрезать металлические детали, толщина которых не превышает 50 мм.

Выбор газа для плазменной резки металла

Для того чтобы приготовить аппарат для плазменной резки к работе, необходимо соединить плазмотрон с инвертором и воздушным компрессором. Для решения такой задачи используется кабель-шланговый пакет, который применяют следующим образом.

• Кабелем, по которому будет подаваться электрический ток, соединяются инвертор и электрод плазмореза.
• Шлангом для подачи сжатого воздуха соединяют выход компрессора и плазмотрон, в котором из поступающего воздушного потока будет формироваться струя плазмы.

Особенности работы плазмореза

Чтобы сделать плазморез, используя для его изготовления инвертор, необходимо разобраться в том, как такой аппарат работает.

После включения инвертора электрический ток от него начинает поступать на электрод, что приводит к зажиганию электрической дуги. Температура дуги, горящей между рабочим электродом и металлическим наконечником сопла, составляет порядка 6000–8000 градусов. После зажигания дуги в камеру сопла подается сжатый воздух, который проходит строго через электрический разряд. Электрическая дуга нагревает и ионизирует проходящий через нее воздушный поток. В результате его объем увеличивается в сотни раз, и он становится способным проводить электрический ток.

При помощи сопла плазмореза из токопроводящего воздушного потока формируется уже струя плазмы, температура которой активно повышается и может доходить до 25–30 тысяч градусов. Скорость плазменного потока, за счет которого и осуществляется резка деталей из металла, на выходе из сопла составляет порядка 2–3 метров в секунду. В тот момент, когда струя плазмы соприкасается с поверхностью металлической детали, электрический ток от электрода начинает поступать по ней, а первоначальная дуга гаснет. Новая дуга, которая горит между электродом и обрабатываемой деталью, называется режущей.

Характерной особенностью плазменной резки является то, что обрабатываемый металл плавится только в том месте, где на него воздействует плазменный поток. Именно поэтому очень важно сделать так, чтобы пятно воздействия плазмы находилось строго по центру рабочего электрода. Если пренебречь этим требованием, то можно столкнуться с тем, что будет нарушен воздушно-плазменный поток, а значит, ухудшится качество выполнения реза. Для того чтобы соблюсти эти важные требования, используют специальный (тангенциальный) принцип подачи воздуха в сопло.

Необходимо также следить за тем, чтобы не образовалось сразу два плазменных потока вместо одного. Возникновение такой ситуации, к которой приводит несоблюдение режимов и правил выполнения технологического процесса, может спровоцировать выход инвертора из строя.

Параметры плазменной резки различных металлов (нажмите для увеличения)

Важным параметром плазменной резки является скорость воздушного потока, которая не должна быть слишком большой. Хорошее качество реза и быстроту его выполнения обеспечивает скорость воздушной струи, равная 800 м/сек. При этом сила тока, поступающего от инверторного аппарата, не должна превышать 250 А. Выполняя работу на таких режимах, следует учитывать тот факт, что в этом случае увеличится расход воздуха, используемого для формирования плазменного потока.

Самостоятельно сделать плазморез несложно, если изучить необходимый теоретический материал, просмотреть обучающее видео и правильно подобрать все необходимые элементы. При наличии в домашней мастерской такого аппарата, собранного на основе серийного инвертора, может качественно выполняться не только резка, но и плазменная сварка своими руками.

Если в вашем распоряжении нет инвертора, можно собрать плазморез и на основе сварочного трансформатора, но тогда придется смириться с его большими габаритами. Кроме того, плазморез, изготовленный на основе трансформатора, будет обладать не очень хорошей мобильностью, так как переносить его с места на место затруднительно.

Как самостоятельно сделать плазморез из инвертора

В отличие от сварочного трансформатора, инвертор отличается компактностью, малым весом и высоким КПД, что объясняет его популярность в домашних мастерских, небольших гаражах и цехах.

Он позволяет закрывать большинство потребностей в сварочных работах, но для качественной резки требуется лазерный аппарат или плазморез.

Универсальный аппарат для сварки

Лазерное оборудование очень дорогое, плазморез тоже стоит недешево. Плазменная резка и сварка металла небольшой толщины имеет прекрасные характеристики, недостижимые при использовании электросварки. При этом силовой блок у плазмореза и сварочного аппарата для электродуговой сварки во многом имеют одинаковые характеристики.

Возникает желание сэкономить, и при небольшой доработке использовать его и для плазменной резки. Оказалось, что это возможно, и можно встретить много способов переделки сварочных аппаратов, в том числе инверторных, в плазморезы.

Аппарат плазменной резки представляет собой тот же сварочный инвертор с осциллятором и плазмотроном, кабелем массы с зажимом и внешним или внутренним компрессором. Часто компрессор используется внешний и в комплект поставки не входит.

Если у владельца сварочного инвертора имеется еще и компрессор, то можно получить самодельный плазморез, приобретя плазмотрон и сделав осциллятор. В итоге получится универсальный сварочный аппарат.

Принцип работы горелки

Работа аппарата плазменной сварки и резки (плазмореза) основана на использовании в качестве режущего или сваривающего инструмента плазмы, четвертого состояния вещества.

Для ее получения требуется высокая температура и газ под высоким давлением. При создании между анодом и катодом горелки электрической дуги в ней поддерживается температура в несколько тысяч градусов.

Образование плазмы

Если пропустить при таких условиях через дугу струю газа, то он ионизируется, расширится в объеме в несколько сотен раз и нагреется до температуры в 20-30 тысяч °C, превращаясь в плазму. Высокая температура почти мгновенно расплавляет любой металл.

В отличие от кумулятивного снаряда процесс образования плазмы в плазмотроне регулируемый.

Анод и катод в резаке плазмореза находятся на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга. Осциллятор вырабатывает импульсный ток большой величины и частоты, пропускает его между анодом и катодом, что приводит к возникновению электрической дуги.

После этого через дугу пропускается газ, который ионизируется. Так как все происходит в замкнутой камере с одним выходным отверстием, то получившаяся плазма с огромной скоростью вырывается наружу.

На выходе горелки плазмореза она достигает температуры 30000 ° и плавит любой металл. Перед началом работ к заготовке с помощью мощного зажима подсоединяется провод массы.

Когда плазма достигает заготовки, то электрический ток начинает течь через кабель массы и плазма достигает максимальной мощности. Ток доходит до 200-250 А. Цепь анод – катод разрывается с помощью реле.

Резка

При пропадании основной дуги плазмореза, эта цепь опять включается, не давая исчезнуть плазме. Плазма играет роль электрода в электродуговой сварке, она проводит ток, а благодаря своим свойствам создает в области соприкосновения с металлом область с высокой температурой.

Площадь соприкосновения струи плазмы и металла маленькая, температура высокая, нагрев происходит очень быстро, поэтому практически отсутствуют напряжения и деформации заготовки.

Срез получается ровный, тонкий не требующий последующей обработки. Под напором сжатого воздуха, который используется в качестве рабочего тела плазмы, жидкий металл выдувается и получается рез высокого качества.

При использовании инертных газов с помощью плазмореза можно проводить качественную сварку без вредного воздействия водорода.

Плазмотрон своими руками

При изготовлении плазмореза из сварочного инвертора своими руками самой сложной частью работ является производство качественной режущей головки (плазмотрона).

Инструменты и материалы

Если делать плазменный резак своими руками, то легче использовать в качестве рабочего тела воздух. Для изготовления понадобятся:

• рукоятка, в которой должны поместиться кабель и трубка для подачи воздуха;
• пусковая кнопка горелки плазмореза;
• изолирующая втулка;
• электрод горелки плазмореза;
• устройство завихрения воздушного потока;
• набор сопел различного диаметра для резки металлов различного вида и толщины;
• защитный наконечник от брызг жидкого металла;
• ограничительная пружина для поддержания одинакового зазора между соплом горелки плазмореза и разрезаемым металлом;
• насадки для снятия фасок.

Расходные материалы плазмореза в виде сопел, электрода стоит купить в магазине сварочного оборудования. Они в процессе резки и сварки выгорают, поэтому имеет смысл приобретать по несколько штук на каждый диаметр сопла.

Чем тоньше металл для резки, тем меньше должно быть отверстие сопла горелки плазмореза. Чем толще металл, тем больше отверстие сопла. Наиболее часто используется сопло с диаметром 3 мм, оно перекрывает большой диапазон толщин и видов металлов.

Сборка

Сопла горелки плазмореза прикрепляются прижимной гайкой. Непосредственно за ним располагается электрод и изолирующая втулка, которая не позволяет возникнуть дуге в ненужном месте устройства.

Затем расположен завихритель потока, который направляет его в нужную точку. Вся конструкция помещается во фторопластовый и металлический корпус. К выходу трубки на ручке горелки плазмореза приваривается патрубок для подсоединения воздушного шланга.

Электроды и кабель

Для плазмотрона требуется специальный электрод из тугоплавкого материала. Обычно их изготавливают из тория, бериллия, гафния и циркония. Их применяют из-за образования при нагреве тугоплавких окислов на поверхности электрода, что увеличивает длительность его работы.

При использовании в домашних условиях предпочтительней применение электродов из гафния и циркония. При резке металла они не вырабатывают токсичных веществ в отличие от тория и бериллия.

Кабель от инвертора и шланг от компрессора к горелке плазмореза нужно прокладывать в одной гофрированной трубе или шланге, что обеспечит охлаждение кабеля в случае его нагрева и удобство в работе.

Сечение медного провода нужно выбрать не менее 5-6 мм2. Зажим на конце провода должен обеспечивать надежный контакт с металлической деталью, в противном случае дуга с дежурной не перекинется на основную дугу.

Компрессор на выходе должен иметь редуктор для получения нормированного давления на плазмотроне.

Варианты прямого и косвенного действия

Конструкция горелки плазмореза довольно сложная, выполнить в домашних условиях даже при наличии различных станков и инструментов сложно без высокой квалификации работника. Поэтому изготовление деталей плазмотрона нужно поручить специалистам, а еще лучше приобрести в магазине. Выше была описана горелка плазмотрона прямого действия, она может резать только металлы.

Существуют плазморезы с головками косвенного действия. Они способны резать и неметаллические материалы. В них роль анода выполняет сопло, и электрическая дуга находится внутри горелки плазмореза, наружу под давлением выходит только плазменная струя.

При простоте конструкции устройство требует очень точных настроек, в самодеятельном изготовлении практически не применяется.

Доработка инвертора

Для использования инверторного источника питания для плазмореза его нужно доработать. К нему нужно подключить осциллятор с блоком управления, который будет выполнять функцию пускателя, поджигающего дугу.

Схем осцилляторов встречается довольно много, но принцип действия один. При запуске осциллятора между анодом и катодом проходят высоковольтные импульсы, которые ионизируют воздух между контактами. Это приводит к снижению сопротивления и вызывает возникновение электрической дуги.

Затем включается газовый электроклапан и под давлением воздух начинает проходить между анодом и катодом через электрическую дугу. Превращаясь в плазму и достигая металлической заготовки, струя замыкает цепь через нее и кабель массы.

Основной ток величиной примерно 200 А начинает течь по новой электрической цепи. Это вызывает срабатывание датчика тока, что приводит к отключению осциллятора. Функциональная схема осциллятора изображена на рисунке.

Функциональная схема осциллятора

В случае отсутствия опыта работы с электрическими схемами можно воспользоваться осциллятором заводского производства типа ВСД-02. В зависимости от инструкции по подключению они присоединяются последовательно или параллельно в схему питания плазмотрона.

Перед изготовлением плазмореза, необходимо определить предварительно с какими металлами, и какой толщины хотите работать. Для работы с черным металлом достаточно компрессора.

Для резки цветных металлов потребуется азот, высоколегированной стали нужен аргон. В связи с этим, возможно, потребуется тележка для перевозки газовых баллонов и понижающие редукторы.

Как любое оборудование и инструмент, сварочный аппарат с плазменной головкой требует определенной сноровки от пользователя. Движение резака должно быть равномерным, скорость зависит от толщины металла и его вида.

Медленное движение приводит к образованию широкого реза с неровными краями. Быстрое перемещение приведет к тому, что металл прорезается не во всех местах. При должной сноровке можно получить качественный и ровный срез.

Генератор плазмы своими руками

Автор: pnp_machinist, pnp_mechanic@mail.ru
Опубликовано 30.10.2016
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.

Принципы изготовления плазменного резака своими руками

Создавать плазменный резак своими руками весьма выгодно благодаря простой конструкции и применению доступных комплектующих. Они уступают по функциональности промышленным моделям, но позволяют выполнять основные виды резки металла с не меньшей эффективностью и качеством.

Для чего нужен плазморез?

Плазморез позволяет обрабатывать различные металлы при температурах 25–30 тыс. градусов с высокой скоростью, точностью, качеством. Он является прямым конкурентом лазерной обработки, но имеет более простую конструкцию, неприхотлив в обслуживании, эксплуатации, ремонте.

Плазменная резка используется для нарезания металлических заготовок с формами различной сложности. За счёт защитной газовой атмосферы при нагреве не образуются сложные металлические соединения, свойства которых отличаются от требуемых.

Принцип действия

Работа плазмореза основана на поджиге электрической дуги, в которую подаётся под давлением инертный газ, прогреваемый в замкнутом объёме до состояния плазмы, а затем поступающий прямо на поверхность разрезаемого металла. Направленная струя газа формируется в результате его перегрева внутри закрытой ёмкости при создании избыточного давления.

Когда электроды прикладываются к поверхности металла, создаётся вторая дуга, мощность которой превышает первоначальную в несколько раз. В ней плазменный поток ускоряется до 1,5 км/с. Комбинация высокой температуры дуги с потоком плазмы позволяет резать металлические заготовки, толщина разреза которых зависит от параметров сопла.

В плазморезах косвенного действия создаётся только плазменная направленная струя, способная резать не только металлы, но и непроводящие ток материалы. Однако их самостоятельное изготовление сложно, так как требуется точный расчёт параметров конструкции, подбора характеристик, настройки.

Инвертор или трансформатор

Чтобы получить плазму, нужно подключать качественные источники питания. Это могут быть трансформаторы или инверторы.

Сделать плазморез из инвертора выгодно благодаря компактности, точности подстроек тока, напряжения, контроля электрических параметров, экономному потреблению электроэнергии. Он имеет ограничение по току до 70 А, но мощности хватает для выполнения типичных работ по обработке металла.

Недостатком инвертора являются высокие требования к качеству питания, что не позволяет их применять в сетях с перепадами напряжения без подключения к стабилизаторам.

Трансформаторы лишены недостатка инвертора, более надёжны в эксплуатации, неприхотливы в обслуживании. Но при этом они имеют большие габариты, вес, высокое потребление электроэнергии. Ограничение по току достигает 180 А, в зависимости от количества витков, диаметра используемой проволоки.

Конструкция

Конструкция плазменного резака состоит из следующих компонент:

• Плазмотрон, предназначенный для формирования плазменной струи. Имеет сложную конструкцию, изготавливается из тугоплавкого металла. Требуется подбор таких параметров: диаметра сопла, длины резака, угла подачи сжатого воздуха в область формирования плазмы.
• Источник питания предназначен для поджига дуги. Должен иметь стабильные параметры по току и напряжению. Подбирают в зависимости от максимальной величины выходного тока, габаритов, размеров и веса.
• Осциллятор, используемый для упрощения розжига дуги, стабилизации её горения. Имеет простую схему, поэтому может быть собран самостоятельно либо приобретён в сборе.
• Компрессор для создания потока воздуха, подаваемого для охлаждения горелки, формирования направленного потока плазмы. Подходит практически любая модель. Чтобы не попала влага, потребуется установить осушитель.
• Медный кабель с зажимом на конце для подключения массы.
• Кабель-шланг, предназначенный для подключения горелки и поджига электрической дуги, а также для подачи сжатого воздуха. Может быть изготовлен путём укладки кабеля и кислородной трубки внутри поливочной гибкой трубки.

Необходимые комплектующие

Перед сборкой резака потребуется подготовить следующие комплектующие:

• источник питания;
• резак или плазмотрон;
• компрессор с осушителем или фильтром;
• осциллятор;
• электроды;
• шланги;
• кабели.

Подбор блока питания

Выбор источника электроэнергии для плазменной установки выполняется с учётом следующих критериев:

• максимальной толщины и типа разрезаемого металла;
• длительности проведения работ, времени горения дуги;
• требований к параметрам плазмы;
• стабильности тока, напряжения питающей сети;
• требований безопасности;
• необходимости расширения функциональности плазмореза.

Плазмотрон

Поскольку плазмотрон используется для генерации плазмы, к подбору его параметров нужно подходить грамотно. Важные параметры:

• стойкость к рабочим температурам;
• удобство пуска, настройки, остановки работы оборудования;
• небольшой вес, компактные размеры;
• срок службы;
• требования к обслуживанию;
• ремонтопригодность.

По типу стабилизации дуги плазмотроны бывают газового, водяного и магнитного вида.

При работе важно своевременно заменять электроды, чтобы максимально продлить срок службы сопла. Понять необходимость данной процедуры можно по ухудшению качества резки: нарушение точности, появлению поверхностных волн. Важно не перегревать плазмотрон, поскольку это может повлечь серьёзные поломки.

Для создания плазмотрона потребуются следующие детали:

• рукоятка из материала с низкой теплопроводностью, в которой есть отверстия под провода для электрода, трубок для газа;
• пусковая кнопка;
• подходящие по параметрам электроды;
• сопло нужного диаметра;
• изолятор;
• пружина для соблюдения расстояния от сопла до разрезаемого металла;
• наконечник с защитой от брызг расплавленного металла;
• завихритель потока;
• специальная насадка.

Осциллятор

Осциллятор применяется для выработки токов высокой частоты. Работает в режимах коротких импульсов или постоянного горения дуги. Предназначен для быстрого запуска плазмореза.

Конструктивно состоит из следующих элементов:

• выпрямителя;
• конденсаторов;
• блока питания;
• управляющей микросхемы;
• импульсного модуля;
• повышающего трансформатора;
• контроллера напряжения.

Электроды

Выбор электродов определяется на основе рабочих режимов резки, типа металла, требований к качеству работ. Для эксплуатации в небольших мастерских рекомендуется приобретать гафниевые электроды. Бериллиевые или ториевые могут формировать токсичные соединения.

Компрессор и кабель шланги

Модель компрессора подбирается на основе его технических параметров, требований к конструкции плазмореза. Он используется для создания воздушных потоков внутри рабочих каналов, охлаждения компонентов оборудования при непрерывной работе. Для регулировки подачи воздуха на выходе из компрессора устанавливается электрический клапан.

Внутри шлангов размещают кабель, трубку для сжатого воздуха. На массовом кабеле располагают щуп для обеспечения контакта с разрезаемым металлом и поджига стабильной дуги.

Достоинства самодельного аппарата

Преимущества создания плазмореза своими руками:

• простота конструкции;
• лёгкость обслуживания;
• подбор оптимальных параметров оборудования;
• ремонтопригодность.

Самодельные аппараты отличаются высокой скоростью сборки, так как существует много доступных для освоения схем. Они неприхотливы в эксплуатации, позволяют резать практически любые виды металлов, могут быть легко разобраны для транспортировки или хранения.

Сборка

Пошаговая сборка выполняется в такой последовательности:

• К источнику питания подключается кабель питания электродов.
• С компрессором соединяется шланг для подачи сжатого воздуха.
• Кабель массы подключается к соответствующей клемме источника питания.
• Плазмотрон подсоединяется к кабелю и шлангу.

Когда изготовление плазмореза завершено, необходимо убедиться в правильности сборки, плотности контактов, соблюдении правил техники безопасности.

Проверка плазмореза

Проверка станка для плазменной резки, изготовленного своими руками, выполняется в несколько этапов:

• принимаются необходимые меры безопасности — одевается защитная одежда, обеспечивается хорошая проветриваемость места, убираются возгораемые материалы;
• подаётся питание на электрод, проверяется формирование дуги, стабильность, размер;
• включается компрессор, подаётся через шланг сжатый воздух, при наличии утечек производится герметизация;
• после формирования плазмы выполняется резка металла толщиной 2 мм — в случае успеха сборка считается завершённой, обнаруженные проблемы устраняются.

Доработка инвертора

Доработать инвертор до плазмореза можно путём подключения в электрическую цепь осциллятора. Существует два способа подсоединения:

• параллельное, используемое для сварки на токах различной величины;
• последовательное, ток сварки ограничен параметрами устанавливаемого блокировочного конденсатора.

Недостатками параллельного подключения являются:

• чтобы получить высокое напряжение, требуется применять осциллятор соответствующей мощности;
• при падении напряжения на обмотке трансформатора, используемого в качестве источника питания, велика вероятность повреждения всех подключённых устройств;
• высокочастотные токи в обмотках трансформатора создают помехи в электросетях.

Выбор подключения зависит от типа свариваемых металлов, их параметров, ограничений подключённого источника питания. То есть учитываются возможные негативные последствия.

Поддержите канал, просто читайте наши статьи, а мы будем размещать для Вас полезную информацию о металлах! Так же заходите на наш сайт , там Вы найдете множество информации о металлах, сплава и их обработке.

Как из сварочного инвертора сделать плазморез своими руками? Рекомендации по изготовлению!

Отслужившие детали различных машины и инструментов отлично подходят для изготовления полезных в домашнем хозяйстве устройств своими руками. Если есть в наличии ненужный сварочный инвертор, то из него можно сделать самодельный плазморез.

О том, каким образом превратить прибор для сваривания металла в устройство, которое способно разрезать прочный материал, будет подробно рассказано в этой статье.

Преимущество плазмореза перед газовым резаком

Одним из самых простых устройств для резки металла является газовый резак. Такой прибор стоит небольших денег и расходные материалы к нему также недороги. Но при выполнении газосварочных работ происходит нагрев слишком большой площади металла.

По этой причине материалы, обладающие большой теплопроводностью могут покоробиться и изменить цвет. Как в месте плавления металла, так и на значительном удалении от термического воздействия пламени горелки.

Преимущество плазмореза заключается в том, что удаётся получить очень тонкую струю раскалённого газа, которая будет воздействовать на небольшую площадь поверхности, что позволит значительно уменьшить нагрев детали.

Принцип работы плазмореза

Изготовить плазморез самостоятельно, не разбираясь в принципе работы этого устройства практически невозможно.

Процесс образования плазмы происходит в результате:

1. Подачи электрического тока в горелку.
2. Между электродами (катод и анод) горелки возникает электрическая дуга.
3. Воздух под давлением подаётся в горелку и «выдувает» дугу наружу, при этом значительно увеличивая её температуру.
4. К разрезаемому металлу подключается кабель «массы», поэтому ионизируемое пламя как бы замыкает о поверхность материала.

В результате получается высокоэффективное устройство для разрезания различных металлов. В том числе тех, которые обладают повышенными показателями теплопроводности.

Смотрите видео, где в доступной форме показано что такое плазменная резка и как она работает:

Детали для самодельного устройства

Плазморез из сварочного инвертора своими руками изготавливается из следующих деталей.

1. Плазмотрон. Эта деталь в конструкции плазмореза является наиболее важной.

Даже при наличии необходимого по силе электрического тока и давления газа, дугу не удастся получить, если внутренние электроды будут неправильно расположены. А отверстие для подачи воздуха будет иметь неподходящий диаметр.

Стоит такая деталь довольно дорого, поэтому домашние мастера предпочитают изготавливать горелки самостоятельно из подручных деталей.

2. Источник тока. В самодельном плазморезе источником тока будет сварочный инвертор.

3. Компрессор. Чтобы обеспечить длительную подачу сжатого воздуха в плазмотрон необходимо приобрести компрессор средней мощности.

Узнайте из этого видео, как выбрать компрессор для плазменной резки:

Также потребуются для самодельного плазмореза купить достаточное количество медных проводов большого диаметра. Для подключения «массы» к разрезаемой детали и обеспечения плазмотрона необходимым количеством электроэнергии.

Самостоятельное изготовление плазмотрона

Горелка или плазмотрон может быть изготовлена из подручных материалов. Чтобы собрать этот элемент самодельного плазмореза понадобятся:

• ручка;
• кнопка пуска;
• специальный электрод;
• сопло;
• изолятор.

Для изготовления самодельного плазмотрона идеально подойдёт ручка от мощного паяльника. Как правило, такая деталь имеет серединное отверстие, через которое и будут подводиться электрический ток и сжатый воздух.

Кнопку лучше использовать достаточно большую, чтобы во время работы пользоваться устройством было максимально комфортно.

Электроды потребуется приобрести в магазине. Для самостоятельного изготовления плазмотрона лучше выбирать изделия, изготовленные из гафния.

Для работы с металлами различной толщины потребуется также купить набор сопл.

Изготавливается плазмотрон в такой последовательности:

1. Сразу за ручкой помещается металлическая трубка, покрытая изнутри фторопластом.
2. Внутри трубки размещается электрод, который почти по всей длине закрыт высокотемпературной изоляцией.
3. За электродом устанавливается с помощью резьбового соединения сопло подходящего диаметра.

Плазмотрон готов к использованию. Ещё для работы устройства потребуется подключить для подачи воздуха шланг от компрессора и электрический провод от инвертора.

Посмотрите видео, где человек рассказывает, как он пытался сделать плазмотрон:

Источник тока

В качестве источника электроэнергии можно использовать сварочный инвертор со следующими показателями:

• напряжение питания – 220 В;
• мощность – от 4 кВт;
• возможность регулировки тока от 20 – 40 А.

Сборка плазмореза

Когда отдельные детали плазмореза будут готовы, можно приступить к сборке. Чтобы работать с самодельным устройством было максимально комфортно, необходимо свести к минимуму количество тянущихся за ручкой проводов и шлангов.

Для более компактного размещения рабочего провода его помещают внутри шланга, по которому производится подача сжатого воздуха. Провод надёжно подсоединяется к электроду, при этом шланг также должен быть подключён к горелке без образования зазоров.

Другой контакт от инвертора будет подключаться к разрезаемой детали в качестве «массы» поэтому его следует оборудовать клеммой типа «крокодил».

Из этого видео вы узнаете, как самому сделать шланг пакет, шлейф для плазмореза:

Процесс разрезания металла с помощью плазменного резака очень прост. После подачи электричества образуется электрическая дуга. Момент образования запала регулируется кнопкой, которая была ранее установлена на ручке плазмотрона. Воздух подаётся от компрессора по шлангу и раздувает дугу, тем самым увеличивая её температуру, которая может достигать 8000ºС.

Для того чтобы затушить дугу достаточно отпустить кнопку на ручке. Таким образом горелка будет работать только в тот момент, когда необходимо разрезать металл, что сведёт к минимуму эффект перегрева, к которому самодельные изделия очень чувствительны.

Интересное видео про плазморез своими руками и из чего он состоит:

Советы и рекомендации

Важно не только знать, как переделать инвертор в плазморез, но и как сделать работу такого устройства максимально эффективной и безопасной.

Далее будут приведены несколько рекомендаций. Придерживаясь которых можно избежать наиболее распространённых ошибок при изготовлении и использовании самодельного устройства:

1. Перед тем как приступить к изготовлению из сварочного инвертора устройства для резки металлов, следует наметить на бумаге основные элементы такой системы. Самостоятельно изготовленные чертежи и схемы позволят в процессе работы не допустить досадных ошибок, которые наиболее часто бывают вызваны обычной невнимательностью.
2. Несмотря на то, что плазменный резак имеет очень узкое пламя, которое не слишком разогревает даже металлы обладающие повышенной теплопроводностью, рекомендуется при работе с алюминиевыми изделиями использовать в качестве распыляющего газа неон или аргон, которые не позволят окислиться поверхности, подвергнувшейся воздействию высокой температуры.
3. Чтобы максимально сократить время на изготовление плазмореза рекомендуется приобрести готовую горелку для газового резака. Такое изделие позволит максимально эффективно и безопасно работать с металлом.
4. При использовании самодельного плазмореза необходимо придерживаться основных правил техники безопасности. Прежде всего, следует обеспечить защиту от воздействия электричества и брызг расплавленного металла. Для этой цели используются специальная обувь, перчатки и фартук. Также необходимо надевать защитные очки, которые позволят предохранить зрение от воздействия ультрафиолетовых лучей. В процессе резки металла выделяется большое количество вредных для здоровья веществ, поэтому рекомендуется защищать органы дыхания с помощью респиратора.

О том, как из инвертора сделать плазморез своими руками подробно рассказано в этой статье. Перед началом изготовления плазменного резака рекомендуется проверить работоспособность инвертора.