Svářečka a dynamo z tanku

Varování: Příspěvek není návodem ale inspirací pro možný návrh podobného zařízení kvalifikovanou osobou případně pod dozorem jako školní projekt. Obsahuje části pod napětím životu nebezpečným. Autor nenese odpovědnost za újmy na zdraví nebo majetku vzniklé v souvislosti s následujícím příspěvkem. Autor si vyhrazuje právo příspěvek kdykoli změnit. 

Už dlouho u mě v garáži čekalo jedno obrovské dynamo ze sovětského tanku, kterým se prý dá velmi dobře svářet. Když se konečně objevil pěkný třífázový motor, mohl jsem začít se stavbou. První částí stavby byla mechanická konstrukce celého stroje a hlavně spojení motoru s dynamem. Nejprve jsem uvažoval o souosém spojení spojkou, ale nakonec jsem nakoupil díly pro řemenový převod, protože není tak náročný na přesnost a pevnost konstrukce, nedovedl jsem si představit, jak se mi podaří smontovat motor a proti němu dynamo s odchylkou os v mikrometrech... Převod je 1:1 protože motor má 2880 otáček za minutu, což bylo podle mé úvahy akorát. O dynamu jsem žádné údaje nesehnal, později jsem se někde dočetl, že podobné snese max 1500, jinde 2400...tak jsem ho pustil na 2880...

Vysoké otáčky jsou nutné kvůli zvýšení napětí naprázdno, aby se dal zapálit oblouk.
Dynamo má prý výkon 4kW, kvůli ztrátám v převodu, ložiskách a komutátoru musí být motor výkonnější, většinou o 1kW. Můj motor má 5,5kW a je to pořádný kolos, se svými 48kg je o něco málo těžší, než samotné dynamo.

Vše jsem přišrouboval na rám ze železných jeklů. Rám má čtyři kolečka, na můj vkus hrozně mrňavé, ale udávali u nich nosnost 35 a 40kg na jedno...takže těch 100kg celkem musí snášet s klidem.

Co se týče elektrického zapojení, to jsem navrhoval sám, protože návody z internetu se mi vůbec nelíbily. Elektronika se skládá ze dvou částí. První slouží k řízení motoru. Obsahuje bimetalový odpojovač a stykačový přepínač hvězda/trojúhelník. Ten slouží především k měkčímu rozběhu, aby motor svým rozběhovým příkonem příliš nezatěžoval síť. I tak po cvaknutí stykače pohasnou žárovky... Druhou částí je řízení buzení dynama. Buzení je derivační z kotvy (uhlíků komutátoru) dynama přes proměnný odpor tvořený tranzistorem KD503 a KU612 v Darlingtonu. Jelikož je budící vinutí dimenzováno na 24V tak se řízení stará o to, aby při běhu naprázdno, kdy je na výstupu, na kotvě, 60V, vinutí nebylo přetíženo. Dále by řízení mělo být schopno vytvořit podmínky vhodné pro sváření... To už je větší oříšek. Dlouho jsem studoval rozdíly v grafech dynama derivačního a dynama svářecího. Rozdíl je takřka neslučitelný. Grafy se shodují jen ve velmi malém rozsahu a to u derivačního dynama těsně nad bodem odbuzení způsobeném nedostatkem proudu pro budící vinutí. Když napětí kotvy klesne pod 24V začne klesat magnetická síla uvnitř dynama a napětí kotvy dále klesá. Nikdy by tudíž nemělo dojít k přetížení, při zkratu dynamo přestane vyrábět proud... Jenže v praxi při zkratu trvá poměrně dlouho, než se dynamo odbudí. Vůbec reakce na změnu buzení je poměrně opožděná daná magnetickými vlastnostmi statoru.

Jedna z vývojových variant je následující: Jedná se o zpětnovazební regulaci proudu, kde je proud převáděn na úbytek napětí na bočníku z tlustého měděného drátu... Použil jsem měď, protože má lepší teplotní stabilitu, než třeba železo. Malý odpor bočníku jsem vykompenzoval velkým zesílením řídící elektroniky, která při překročení stanoveného proudu prostě vypne buzení. Měl by tak nastat jistý stav dynamické stability a dynamo by se mělo chovat jako zdroj proudu. Mělo...
Ono se tak skutečně chová, měření tomu nasvědčuje... Chová se však jako dost líný zdroj proudu a oblouk hoří příliš nepravidelně. Dynamo nereaguje dost rychle, spíše se zpožděním a výsledkem je ještě větší nestabilita.

Zařekl jsem se, že nebudu stavět buzení z externího transformátoru. Původně jsem počítal s buzením pomocí reostatu od kotvy, teď si říkám, jestli zapojení není už příliš složité...

Schema řízení buzení:

Přepínač hvězda/trojúhelník:

Po čase jsem se smířil s tím, že jediným řešením nestability bude připojení vnějšího buzení z transformátoru. Výkonové tranzistory už netopí při provozu naprázdno a navíc se otevřely další možnosti použití rotačního měniče například jako výkonného zdroje napětí.

Do obvodu regulace jsem přidal zpětnovazební stabilizaci napětí 12V pomocí obvodu TL431. Jedním přepínačem se tedy dá z měniče udělat stabilizovyný zdroj 12V.

Jediným problémem je ale opět setrvačnost magnetizace statoru. Při odpojení zátěže a vzrůstu napětí se sice okamžitě odpojí budící proud, ale magnetická síla statoru klesá pomaleji. Při plném nabuzení klesne napětí z 60 na 12V asi za 2 vteřiny.

Ale za normálních podmínek dává 24V dynamo díky takovéto jednoduché regulaci přesně 12,01V.

Schema upraveného regulátoru buzení dynama

Co se týče součástek, KD503 by běl jít nahradit 2N3055 nebo BD249C, všechny ostatní tranzistory například 2SC945, trojice zenerových diod jedinou BZX85V024, KY701 např. 1N4001, KY189 např 1N5408... Potenciometr lépe 10K nebo méně...