Таким образом, активное сопротивление объема воды, выполняющего роль нагревательного элемента, должно быть не менее 25 Ом.
Ориентировочно определим площадь пластин-электродов, используя формулу:
R (Ом) = r∙(Ом∙м)/мм2 ∙ L(м)/S (мм2)
где в нашем случае:
R — сопротивление нагревателя (меньше или равное 25 Ом);
г — удельное сопротивление воды;
L — расстояние между пластинами-электродами;
S — площадь пластин-электродов.
Расстояние между пластинами, исходя из конструкции положительного электрода с мембранным стаканом, менее 2,5 см делать нецелесообразно. Активное сопротивление химически чистой (то есть без посторонних примесей) воды составляет 1 мОм. Наличие же примесей сильно снижает эту величину. Следовательно, величина силы тока, протекающего через воду, будет увеличиваться на некоторую произвольную величину. Чтобы избежать пожароопасной перегрузки сети, делаем площадь пластин несколько меньшей, обеспечивающей запас по максимальному току. Ограничивать величину тока менее 7 А нецелесообразно, так как это в квадратичной зависимости увеличивает время закипания чайника. Практически можно остановиться на следующих величинах: площадь — 600 мм2. Расстояние между пластинами — 2,5 см. Окончательную установку величины тока производят по амперметру, изменяя расстояние между пластинами. Эта регулировка производится после изготовления пластин-электродов и установки их на свои фиксаторы. При отсутствии амперметра с требуемым пределом шкалы потребляемую модернизированным чайником мощность можно определить, исходя из времени закипания известного объема воды с известной начальной температурой:
tзак (с) = [4200 Дж/кг∙градус ∙ Мводы∙(tкип — tнач)/(к.п.д.∙(0,8÷0,9))]∙Р (Вт);
то есть, если при массе воды в чайнике, равной 2 л (кг), при начальной температуре, равной комнатной, она закипела за 10 мин (600 с), то мощность чайника в данном случае составила:
Р = (4200∙2∙(100 — 20))/(0,8∙600) = 1400 Вт (1,4 кВт),
что в пределах допустимого.
Пластины-электроды изготавливают из нержавеющей стали. Конечно, идеальными были бы серебряные пластины. Ведь, как известно, ионы серебра обладают бактерицидным действием, и список полезных качеств модернизированного чайника еще более пополнился бы.
На пластину, присоединяемую к положительному полюсу, то есть к катоду диода, укрепляется мешок-мембрана, в который собирается «мертвая» вода. Проще всего этот мешок изготовить из куска брезентового шланга. Вид положительного электрода показан на рис. 3.
Рис. 3: а — положительный электрод и его крепление; б — устройство отрицательного электрода в разрезе; в — устройство крепления электродов
Для крепления пластин неисправный нагревательный элемент дорабатывается следующим образом. Среднюю его часть удаляют, оставив вводные концы длиной не менее 3 см с каждой стороны. На вводные концы укрепляют плоские пружинные контакты, в которые должны вставляться с некоторым усилием пластины-электроды. Все детали, в том числе и крепеж, должны быть из нержавеющей стали. После установки доработанного нагревательного элемента в чайник на прежнее место к вводным штырям подводится напряжение соответствующей полярности. Если имелась схема защитного отключения при отсутствии воды в чайнике, то при необходимости ее элементы можно удалить, так как модернизированный чайник без воды не работает и при ее выкипании автоматически отключается.
Выбор способа крепления пластин-электродов определяется необходимостью их съема для удаления «мертвой» воды из области положительного электрода (анода) и периодической очистки отрицательного электрода от накопившегося на нем твердого слоя, основой которого является известь. Мембранный мешок (рис. 3) необходимо регулярно тщательно прополаскивать в чистой воде.
Согласно сообщениям, появляющимся в печати, «живая» вода благотворно влияет на цвет лица, смягчает морщины, улучшает рост волос, снижает их выпадение, является хорошим средством от ожогов. Смоченные ею семена всходят раньше, растения растут лучше и урожайность выше.
А вот «мертвая» вода неплохо действует на полость рта при полоскании ею, снижает кровоточивость десен.
♦ ПО СЛЕДАМ
О конструировании малогабаритных сварочных трансформаторов повышенной мощности
С.В.Иванов
В последнее время в продаже появилась масса бытовых малогабаритных источников питания сварочной дуги промышленного изготовления, причем как отечественного, так и зарубежного производства. Однако они дороги, поэтому вполне понятен интерес к любительским конструкциям сварочных трансформаторов и выпрямителей.
Многие популярные технические издания уделяют этому вопросу постоянное внимание. Тем не менее во всех известных мне публикациях упускается из виду один важный для правильного подхода к конструированию и изготовлению любительских сварочных трансформаторов момент.
Как известно, ручная дуговая сварка в зависимости от толщины свариваемого металла и диаметра сварочного электрода осуществляется током 50…350 А при рабочем напряжении 20…30 В. Казалось бы, чего проще — бери подходящий по мощности силовой понижающий однофазный трансформатор и сваривай. Однако не все так просто, поскольку к сварочным трансформаторам предъявляются несколько иные требования, чем к обычным силовым.
Дело в том, что сварочная дуга в качестве нагрузки электрической цепи отличается от других распространенных потребителей электрической энергии, например, электродвигателей или электролампочек, требующих для своей работы постоянства напряжения источника питания.
Во-первых, для зажигания сварочной дуги требуется напряжение большее, чем напряжение, необходимое для ее устойчивого горения. В связи с этим напряжение холостого хода сварочного источника питания должно быть примерно вдвое больше напряжения дуги, но не меньше 40 В, иначе дугу будет невозможно зажечь. К слову сказать, чем выше напряжение холостого хода, тем легче зажигается дуга. Однако величина напряжения холостого хода должна быть ограничена условиями электробезопасности — для сварочных трансформаторов она не должна превышать 80 В.
Во-вторых, изменение напряжения на дуге, обусловленное изменением в силу каких-либо причин длины дуги в ходе сварки, не должно вызывать резкого изменения величины сварочного тока.
Перечисленные особенности, а также ряд других, менее существенных для самодельных сварочных источников питания, требуют определенного вида так называемой внешней вольт-амперной характеристики (ВАХ) трансформатора. Для трансформаторов ручной дуговой сварки необходима падающая ВАХ (рис. 1).
Рис. 1. Вид внешних вольт-амперных характеристик трансформаторов:
1 — сварочного; 2 — обычного силового
Наличие падающей ВАХ — основное отличие сварочного трансформатора от всех прочих, которые, как правило, должны иметь жесткую ВАХ. Не вдаваясь в подробности, отметим, что вид ВАХ сварочного трансформатора зависит в первую очередь от величины так называемых магнитных полей (потоков) рассеяния. Крутизна наклона ВАХ тем больше, чем больше магнитные потоки рассеяния. Следует заметить, что величина потоков рассеяния, определяющих индуктивное сопротивление трансформатора и сварочной цепи в целом, зависит также от конфигурации магнитопровода (сердечника) трансформатора, степени его магнитного насыщения и некоторых других факторов.