Сварочный инвертор был разработан на популярном форуме человеком под ником тимвал, ветка до сих пор очень активна. Именно эта схема популярна по причине простоты. Мой вариант сварочного инвертора рассчитан на ток всего в 100 ампер, это мало, но для моих задач больше не нужно.
- Схема представляет из себя однотактный прямоходовый инвертор всего на одном IGBT транзисторе IRG4PC50KD.
- Инвертор состоит из нескольких частей:
- Входной выпрямитель с накопительными конденсаторами и системой плавного пуска;
- Системы управления с драйвером на основе комплементарной пары составных транзисторов средней мощности;
- Силовая часть состоящая из IGBT транзистора и трансформатора;
- Выходная часть, состоящая из дросселя с выпрямителем.
- Сетевое напряжение выпрямляется входным диодным мостом KBPC3510
- и сглаживается ёмкими электролитами.
- Важно заметить, что питание в начальный момент времени поступает не напрямую, а через балластный резистор R12, это нужно для плавной зарядки конденсаторов, иначе бросок тока может вывести из строя входной диодный мост и выбить автоматы.
- Одновременно питание от конденсаторов через другой балластный резистор R11 поступает на линию питания микросхемы ШИМ.
- Сердцем схемы является ШИМ контроллер UC3844,
- который работает на частоте около 30кГц, сигнал с микросхемы сначала поступает на драйвер, выполненный на транзисторах VT2 и VT3, а затем на силовой транзистор VT4.
- Напряжение на конденсаторах растет, растет и питание микросхемы и как только оно дойдет до порогового значения, для UC3844 оно составляет около 16 вольт, микросхема начнет вырабатывать управляющие импульсы, что приведет к запуску всего инвертора.
Во вторичных обмотках трансформатора появиться напряжение, это приведет к тому, что сработает силовое реле К1 и своими контактами замкнёт балластный резистор R12, и сетевое напряжение будет поступать напрямую на схему. Планый запуск длиться всего пару секунд. После плавного запуска инвертор будет работать в штатном режиме. Выходное напряжение инвертора около 60 вольт, этого достаточно для нормального розжига дуги.
- Если во время сварки вращать регулятор ограничения тока (резистор R3), моментально сработает система обратной связи (цепь, состоящая из токового трансформатора ТТ, диодов VD2-VD4, резисторов R5 и R7, конденсатора С4).
- Токовый трансформатор намотан на тороидальном ферритовом сердечнике небольших размеров, он имеет две обмотки, первичная — всего один виток и вторичная.
- Силовой трансформатор выполнен на сердечнке EPCOS E55/28/25 феррит №87.
- Сердечник был без каркаса, поэтому его пришлось сделать самому из мтеклотекстолита.
- Трансформатор имеет 4 обмотки:
- сетевая;
- вторичная силовая;
- фиксирующая;
- обмотка самозапитки для системы управления.
- В моём варианте обмотка самозапитки не используется, взамен применен небольшой импульсный источник питания на 24 вольта с током 1-1,5 Ампера.
- Начала всех обмоток на схеме указаны точками, я советую промаркировать начало намотки, например одевая на обмотку красную термоусадку, чтобы потом не гадать где начала, а где концы намоток.
В самом начале мотается сетевая обмотка, но не полностью, а по частям. В моем случае для намотки этой обмотки был использован провод диаметром 1,20мм 25 витков. Провод нужно уложить равномерно, виток к витку.
Затем обмотка изолируется, но перед этим заливается эпоксидной смолой. Смола будет заполнять все пустоты. Т.к. из-за сильных магнитных полей в трансформаторе будут образоваться вибрации и изоляция провода со временем может пострадать, а со смолой обмотка будет полностью неподвижной.
Ставим изоляцию каптоновым термостойким скотчем и мотаем остальную часть первичной обмотки. Количество витков, провод и направление намотки тоже самое.
Опять все заливаем смолой, а поверх ставим изоляцию. Позже, уже на плате концы этих обмоток соединяются параллельно.
После мотаем фиксирующую обмотку, диаметр провода 0,5мм. Количество витков 25-26, то есть тоже самое, что и в случае первичной обмотки. Эта обмотка намотана так, чтобы провод попадал между витками первичной обмотки.
Фиксирующая обмотка равномерно растянута по всему каркасу. Аналогичным образом поступаем и с этой обмоткой, смола, изоляция.
К стати ранее я ставил изоляцию в 2-3 слоя, а после намотки фиксирующей обмотки изоляция нужна более серьезная, слоя 4-5.
Ну и наконец силовая обмотка, самая трудоемкая. Ее можно намотать медной шиной либо что еще лучше — лентой.
Наиболее эффективно работает литцендрат — провод, который состоит из большого количества параллельных тонких изолированных друг от друга проводов, такая намотка делается для минимизации влияния скин эффекта.
Но при частотах в 30кГц, этот эффект не столь ощутимый, поэтому при большом желании можно взять пару тройку медных проводов большого диаметра, но такой провод очень трудно уложить, поэтому мой выбор остановился на литцендрате.
Обмотка состоит из 100 параллельных жил провода 0,5мм. Скручиваем все это дело дрелью и покрываем дополнительной изоляцией, опят же каптоновый скотч.
Количество витков всего 9, по расчетам этого хватит для того, чтобы напряжение холостого хода инвертора было в районе 60 вольт. После намотки её так же следует залить смолой.
Схема однотактная и между половинками сердечника нужен немагнитный зазор. В моем случае для получения необходимого зазора под всеми кернами были установлены прокладки, обычный чек от банкомата.
- Далее трансформатор собирается, половинки сердечника надежно стягиваются, можно даже приклеить.
Трансформатор тока. Ферритовое колечко,проницаемость может быть от 1500 до 3000. Размеры моего кольца R18х8х6. Важно, чтобы оно было ферритовым, схожие кольца можно найти в некоторых импульсных блоках питания, они стоят по входу в качестве дросселя и на них как правило две обмотки. Желто-белые, зелено-синие кольца не подойдут, материал там иной.
Сначала сердечник изолируют, в моем случае каптноновым скотчем, затем мотают вторичную обмотку. Провод в лаковой изоляции, диаметр может быть от 0,25 до 0,5мм. Количество витков в моем случае 76.
Далее обмотку нужно изолировать, можно просто залить эпоксидной смолой. Первичная обмотка — один виток из двух параллельных жил провода 1,20мм идущий к силовому трансформатору.
Выходной выпрямитель классический для этой топологии. Два диода прямой и замыкающий, притом замыкающий нужен более мощный, но можно не заморачиватся и сразу воткнуть два диода типа 150EBU04 на 150 ампер с обратным напряжением 400 вольт. Диоды из этой линейки как правило применяют именно в сварочных инверторах. Диоды обязательно нужны ультра быстрые. Можно применить диодные сборки STTH20003.
В каждом корпусе два независимых друг от друга ультра быстрых диода, каждый на 100 Ампер с обратным напряжением 300 вольт. Они даже лучше, чем 150EBU04 т.к. площадь подложки у них гораздо больше и толще. Соединение винтовое, что очень удобно.
Дроссель. Тут все не так однозначно и по факту дроссель довольно критичен Чем больше его индуктивность, тем хорошо будет зажигаться дуга даже при малых токах. По схеме дроссель на 40мкГн, его хватит, но уверенный розжиг дуги я получил при токах от 30 ампер и в принципе этого хватит.
Честно сказать для дросселя пробовал разные материалы — алсифер, неизвестные кольца которые по всей видимости применяются в качестве фильтра в частотных преобразователях и наконец сердечник набранный из трансформаторных пластин.
Наилучшим решением является применение сердечников из порошкового железа, они специально созданы для работы в качестве дросселя, но кольцо нужно приличных размеров, и их найти не так уж и просто и стоят они приличных денег. В итоге по совету коллеги Тимура, который ранее собирал данный сварочник, мой выбор остановился на пакете из железных трансформаторных пластин.
Фишка в том, что сердечник фактически невозможно загнать в насыщение, то есть можно увеличить индуктивность и получить уверенный розжиг дуги при сварочных токах хоть 5 ампер, я понимаю, что на таких токах никто не варит, но все же.
Пакет собирал из того что было, в итоге сердечник получился с размерами 86х30х17мм. Пластины обмотал каптоноым скотчем, затем бумажный и намотал обмотку. Обмотка к сожалению алюминиевая, да медь лучше, но алюминиевый был в наличии. Обмотка намотана в три ряда, каждый ряд по 10-12 витков.
После намотки каждого ряда обмотку покрывал лаком в несколько слоев и ставил изоляцию из ткани. Итоговая индуктивность дросселя около 80мкГн. Недостаток такого дросселя — большие размеры и вес, но в моем случае все получилось достаточно компактно, и даже умудрился зафиксировать его на плате.
Выводы дросселя были обжаты медными луженными клеммами, ключевое слово луженными иначе такое соединение долго не проработает, будет перегреваться и окисляться.
Входная часть. Диодный мост взят готовый, сборка KBPC3510, мост на 35 ампер, обратное напряжение 1000 вольт, устанавливается на радиатор.
- Силовое реле в схеме плавного пуска с катушкой 24 вольта, рассчитан на ток в 15-30 реальных ампер, если сварочник планируете на токи более 120 ампер, то реле желательно использовать именно 30-и амперное.
Входные электролитические конденсаторы на 450 вольт, в моем случае 2штуки по 470мкФ, желательно установить три, хуже не будет. Подбирайте конденсаторы от хорошего производителя с минимально возможным внутренним сопротивлением.
- Ограничительный резистор по входу желательно взять на 10 ватт, сопротивление от 10 до 30 Ом.
- Диоды VD7, VD8 и VD9 в схеме преобразователя нужны ультра быстрые, именно на тот ток и напряжение, которые по схеме.
Сборку конденсаторов я заменил одним, емкостью 0,33мкФ, конденсатор специального назначения созданный для работы в импульсных схемах, такие применяют в индукционных нагревателях. Обычные пленочные конденсаторы ставить сюда крайне не желательно.
- Микросхема ШИМ у меня установлена на панельку для беспаячного монтажа, после полной наладки микросхему обязательно нужно запаять на плату.
- Силовые дорожки на плате просто залудить и усилить припоем не достаточно, нужно их армировать медным проводом.
НАЛАДКА
Обязательно разряжайте входные конденсаторы перед началом наладочных работ!
Подаем сначала напряжение 24 вольт для управления, сетевое питания в тот момент отключено. Проверяем сигнал на затворе IGBT транзистора, к стати во время наладки можно использовать полевые транзисторы, я к примеру ставил IRF840, он слабый, но наладить схему можно. Транзистор обязательно должен быть установлен на радиаторе.
Проверяем наличие управляющих импульсов на затворе полевого ключа относительно массы питания, импульсы должны быть примерно с заполнением 45-47%, частототой около 30кГц, если они есть, то все нормально идем далее.
Первый запуск схемы делаем через страховочную лампу накаливания на 100 ватт. Схему управления желательно питать от отдельного внешнего источника питания на 24 вольта, отлично подходит лабораторный блок питания, притом родную систему питания можно исключить, повторюсь это только во время наладочных работ.
Нагрузочный резистор в схеме обратной связи по току заменяем на 10-и омный 1-2 ватт, это нужно, чтобы была возможность наладить схему при малых выходных токах.
Подключаем силу, то есть втыкаем вилку в розетку, лампа на момент вспыхнет, т.к. конденсаторы в начальный момент заряжаются достаточно большим током. Проверяем напряжение на выходе инвертора, оно должно быть около 60 вольт, напомню, что это напряжение холостого хода без выходной нагрузки. Регулятор тока ставим в минимальное положение.
Нагружаем инвертор, например нихромовой спиралью или лампочкой, нагрузку сначала даем небольшую, затем постепенно увеличиваем до тех пор, пока не сработает ограничение тока, то есть длительность управляющих импульсов резко не уменьшиться.
Притом схема должна реагировать на вращение переменного резистора, длительность импульсов должна плавно меняться в зависимости от положения ползунка переменного резистора. Если этого не происходит, меняем местами концы вторичной обмотки трансформатора тока.
Далее меняем страховочную лампу на более мощную (около 300 ватт).
Можно воткнуть более мощный полевой транзистор либо IGBT, но помните, что у нас по прежнему схема не до конца налажена.
Сопротивление нагрузочного резистора можно уменьшить раза в два и повторяем то же самое, только на более больших токах.
Можно попробовать инвертор на короткое замыкание при малых значениях тока, на этом этапе мы уже понимаем, что собрали сварку и можно разжечь небольшую дугу.
Если регулировка тока происходит в штатном режиме, то все сделано правильно. Помним о том, что инвертор без охлаждения и долго не балуемся.
Сейчас нам нужно привести инвертор в нормальное состояние. Только на этом этапе, после полной наладки схемы устанавливаем силовой IGBT транзистор. Радиаторы охлаждения целесообразно взять от процессоров ПК, они довольно добротные.
Выходной выпрямитель у меня без изолирующей прокладки, термопаста имеется.
А вот радиатор с силовым транзистором и одним из быстродействующих диодов, находятся на втором радиаторе и они обязательно должны быть изолированы теплопроводящей изоляционной прокладкой.
Силовой трансформатор, дроссель и радиаторы нужно надежно зафиксировать. Трансформатор и дроссель достаточно затянуть пластиковыми хомутами, можно дополнительно приклеить их к плате.
- Радиаторы же желательно прикрутить к плате и обеспечить изоляцию друг от друга, чтобы они ни в коем случае не соприкасались во время вибраций или падений.
- Очень важным моментом является охлаждение, не экономьте на вентиляторах, ставьте мощные высокооборотистые большого диаметра.
- Правильно собранная схема во время работы не должна издавать свистов и шумов, если есть подобного рода проблемы, скорее всего проблема в трансформаторе, неправильный зазор, неверное количество витков или неправильная фазировка.
Проверим напряжение холостого хода, видим,что оно около 60 вольт, притом если нагрузка отсутствует вращая регулятор выходное напряжение не меняется. Ток потребления системы управления на холостом ходу от источника 24 вольта всего 80мА, с учетом тока потребления катушки реле.
Нагружаем инвертор для проверки системы ограничения тока. Нагрузкой служит мощный реостат, сопротивление выставлено меньше пол ома. Ток должен регулироваться достаточно плавно. Выставляем минимальный ток и попробуем зажечь дугу. Берём двух миллиметровый электрод и попробуем поварить на токах около 50-70 Ампер.
Видео по сборке и наладке сварочного инвертора:
С уважением — АКА КАСЬЯН
Сварочный аппарат своими руками: простая инструкция по сборке
В виду того, что в быту обывателям часто требуется работать с металлом, многие используют сварочные агрегаты. Но далеко не всем по карману приобретение дорогостоящего оборудования, из-за чего и возникает вопрос, как собрать сварочный аппарат своими руками. Процесс изготовления будет отличаться в зависимости от типа и конструктивных особенностей сварочного устройства.
Типы сварочных аппаратов
Современный рынок наполнен достаточно большим разнообразием сварочных аппаратов, но далеко не все целесообразно собирать своими руками.
В зависимости от рабочих параметров устройств различают такие виды устройств:
- на переменном токе – выдающие переменное напряжение от силового трансформатора напрямую к сварочным электродам;
- на постоянном токе – выдающие постоянное напряжение на выходе сварочного трансформатора;
- трехфазные – подключаемые к трехфазной сети;
- инверторные аппараты – выдающие импульсный ток в рабочую область.
Первый вариант сварочного агрегата наиболее простой, для второго понадобиться доработать классическое трансформаторное устройство выпрямительным блоком и сглаживающим фильтром. Трехфазные сварочные аппараты используются в промышленности, поэтому рассматривать изготовление таких устройств для бытовых нужд мы не будем.
Инверторный или импульсный трансформатор довольно сложное устройство, поэтому чтобы собрать самодельный инвертор вы должны уметь читать схемы и иметь базовые навыки сборки электронных плат.
Так как базой для создания сварочного оборудования является понижающий трансформатор, рассмотрим порядок изготовления от наиболее простого, к более сложному.
На переменном токе
По такому принципу работают классические сварочные аппараты: напряжение с первичной обмотки 220 В понижается до 50 – 60 В на вторичной и подается на сварочный электрод с заготовкой.
Перед тем, как приступить к изготовлению, подберите все необходимые элементы:
- Магнитопровод – более выгодными считаются наборные сердечники с толщиной листа 0,35 – 0,5мм, так как они обеспечивают наименьшие потери в железе сварочного аппарата. Лучше использовать готовый сердечник из трансформаторной стали, так как плотность прилегания пластин играет основополагающую роль в работе магнитопровода.
- Провод для намотки катушек – сечение проводов выбирается в зависимости от величины, протекающих в них токов.
- Изоляционные материалы – основное требование, как к листовым диэлектрикам, так и к родному покрытию проводов – устойчивость к высоким температурам. Иначе изоляция сварочного полуавтомата или трансформатора расплавится и возникнет короткое замыкание, что приведет к поломке аппарата.
Наиболее выгодным вариантом является сборка агрегата из заводского трансформатора, в котором вам подходит и магнитопровод, и первичная обмотка.
Но, если подходящего устройства под рукой нет, придется изготовить его самостоятельно.
С принципом изготовления, определения сечения и других параметров самодельного трансформатора вы можете ознакомиться в соответствующей статье: https://www.asutpp.ru/transformator-svoimi-rukami.html.
В данном примере мы рассмотрим вариант изготовления сварочного аппарата из блока питания микроволновки. Следует отметить, что трансформаторная сварка должна обладать достаточной мощностью, для наших целей подойдет сварочный аппарат хотя бы на 4 – 5кВт. А так как один трансформатор для микроволновки имеет только 1 – 1,2 кВт, для создания аппарата мы будем использовать два трансформатора.
Для этого вам понадобится выполнить такую последовательность действий:
- Возьмите два трансформатора и проверьте целостность обмоток, питаемых от электрической сети 220В.
- Распилите магнитопровод и снимите высоковольтную обмотку,
Рис. 1: распилите сердечник
Рис. 2: уберите высоковольтную обмотку
оставив только низковольтную, в таком случае намотку первичной катушки уже делать не нужно, так как вы используете заводскую.
- Удалите из цепи катушки на каждом трансформаторе токовые шунты, это позволит увеличить мощность каждой обмотки.
Рис. 3: удалите токовые шунты - Для вторичной катушки возьмите медную шину сечением 10мм2 и намотайте ее на заранее изготовленный каркас из любых подручных материалов. Главное, чтобы форма каркаса повторяла габариты сердечника.
Рис. 4: намотайте вторичную обмотку на каркас - Сделайте диэлектрическую прокладку под первичную обмотку, подойдет любой негорючий материал. По длине ее должно хватать на обе половинки после соединения магнитопровода.
Рис. 5: сделайте диэлектрическую прокладку - Поместите силовую катушку в магнитопровод. Для фиксации обеих половинок сердечника можно использовать клей или стянуть их между собой любым диэлектрическим материалом.
Рис. 6: поместите катушку в магнитопровод - Подключите выводы первички к шнуру питания, а вторички к сварочным кабелям.
Рис. 7: подключите шнур питания и кабели
Установите на кабель держатель и электрод диаметром 4 – 5мм. Диаметр электродов подбирается в зависимости от силы электрического тока во вторичной обмотке сварочного аппарата, в нашем примере она составляет 140 – 200А. При других параметрах работы, характеристики электродов меняются соответственно.
Во вторичной обмотке получилось 54 витка, для возможности регулировки величины напряжения на выходе аппарата сделайте два отвода от 40 и 47 витка. Это позволит осуществлять регулировку тока во вторичке посредством уменьшения или увеличения количества витков. Ту же функцию может выполнять резистор, но исключительно в меньшую сторону от номинала.
На постоянном токе
Такой аппарат отличается от предыдущего более стабильными характеристиками электрической дуги, так как она получается не напрямую с вторичной обмотки трансформатора, а от полупроводникового преобразователя со сглаживающим элементом.
Рис. 8: принципиальная схема выпрямления для сварочного трансформатора
Как видите, делать намотку трансформатора для этого не требуется, достаточно доработать схему существующего устройства. Благодаря чему он сможет выдавать более ровный шов, варить нержавейку и чугун.
Для изготовления вам понадобится четыре мощных диода или тиристора, примерно на 200 А каждый, два конденсатора емкостью в 15000 мкФ и дроссель.
Схема подключения сглаживающего устройства приведена на рисунке ниже:
Рис. 9: схема подключения сглаживающего устройства
Процесс доработки электрической схемы состоит из таких этапов:
- Установите полупроводниковые элементы на радиаторы охлаждения.
Рис. 10: установите диоды на радиаторы
В связи с перегревом трансформатора во время работы, диоды могут быстро выйти со строя, поэтому им нужен принудительный отвод тепла.
- Соедините диоды в мост, как показано на рисунке выше, и подключите их к выводам трансформатора.
Рис. 11: соедините диоды в мост
Для подключения лучше использовать луженные зажимы, так как они не потеряют изначальную проводимость от больших токов и постоянной вибрации.
Рис. 12: используйте луженные зажимы
Толщина провода выбирается в соответствии с рабочим током вторичной обмотки.
- Подключите силовые конденсаторы и дроссель во вторичную цепь диодного моста.
Рис. 13: подключите силовые конденсаторы - Подсоедините к выводам сглаживающего устройства сварочные шлейфа, установите держатели для электродов – сварочный аппарат постоянного тока готов.
При сварке металлов таким аппаратом всегда следует контролировать нагрев не только трансформатора, но и выпрямителя. А при достижении критической температуры делать паузу для остывания элементов, иначе сварочный агрегат, сделанный своими руками, быстро выйдет со строя.
Инверторный аппарат
Представляет собой довольно сложное устройство для начинающих радиолюбителей. Не менее сложным процессом является подборка необходимых элементов. Преимуществом такого сварочного аппарата являются значительно меньшие габариты и меньшая мощность, в сравнении с классическими устройствами, возможность реализовать точечную сварку и т.д.
Рис. 14: принципиальная схема импульсного блока
В работе такая схема преобразует переменное напряжение из сети в постоянное, затем, при помощи импульсного блока, выдает ток большой амплитуды в область сварки. Этим и достигается относительная экономия мощности аппарата по отношению к его производительности.
Конструктивно инверторная схема сварочного аппарата включает в себя такие элементы:
- диодный выпрямитель с магазином емкостей, балластным резистором и системой плавного пуска;
- система управления на основе драйвера и двух транзисторов;
- силовая часть из управляющего транзистора и выходного трансформатора;
- выходная часть из диодов и дросселя;
- система охлаждения из кулера;
- система обратной связи по току для контроля параметра на выходе сварочного аппарата.
Для изготовления сварочного инвертора вам понадобится самостоятельно намотать силовой трансформатор, трансформатор тока на базе ферритового кольца. Для моста лучше использовать готовую сборку из быстродействующих полупроводниковых элементов.
К сожалению, большинство других элементов вряд ли найдутся под рукой в гараже или у вас дома, поэтому их придется заказывать или приобретать в специализированных магазинах.
Из-за чего сборка инверторного блока своими руками обойдется не дешевле заводского варианта, а с учетом затраченного времени, еще и дороже.
Поэтому для инверторной сварки лучше приобрести готовый аппарат с заданными рабочими параметрами.
Видео инструкции
Сварочный инвертор своими руками: схемы и инструкция по сборке
Изготовить сварочный инвертор своими руками, даже не обладая глубокими знаниями в электронике и электротехнике, вполне возможно, главное – строго придерживаться схемы и постараться хорошо разобраться в том, по какому принципу работает такое устройство. Если сделать инвертор, технические характеристики и КПД которого будут мало отличаться от аналогичных параметров серийных моделей, можно сэкономить приличную сумму.
Самодельный сварочный инвертор
Не следует думать, что самодельный аппарат не даст вам возможности эффективно проводить сварочные работы. Такое устройство, даже собранное по простой схеме, позволит вам выполнять сварку электродами диаметром 3–5 мм и на длине дуги, равной 10 мм.
Характеристики самодельного инвертора и материалы для его сборки
Собрав сварочный инвертор своими руками по достаточно простой электрической схеме, вы получите эффективное устройство, обладающее следующими техническими характеристиками:
- величина потребляемого напряжения – 220 В;
- сила тока, поступающего на вход аппарата, – 32 А;
- сила тока, формируемого на выходе устройства, – 250 А.
Схема сварочного аппарата инверторного типа с такими характеристиками включает следующие элементы:
- блок питания;
- драйверы силовых ключей;
- силовой блок.
Прежде чем начать собирать самодельный инвертор, надо подготовить рабочие инструменты и элементы для создания электронных схем. Так, вам понадобятся:
- набор отверток;
- паяльник для соединения элементов электронных схем;
- нож;
- ножовка для работы по металлу;
- резьбовые крепежные элементы;
- листовой металл небольшой толщины:
- элементы, из которых будут формироваться электронные схемы;
- медные провода и полосы – для намотки трансформаторов;
- термобумага от кассового аппарата;
- стеклоткань;
- текстолит;
- слюда.
Для домашнего использования чаще всего собирают инверторы, работающие от стандартной электрической сети с напряжением 220 В. Однако при необходимости можно сделать устройство, которое будет работать от трехфазной электрической сети с напряжением 380 В. Такие инверторы имеют свои преимущества, наиболее важным из которых является более высокий КПД, по сравнению с однофазными аппаратами.
Блок питания
Одним из важнейших элементов блока питания сварочного инвертора является трансформатор, который мотается на феррите Ш7х7 или 8х8. Это устройство, обеспечивающее подачу стабильного напряжения, формируется из 4 обмоток:
- первичной (100 витков провода ПЭВ диаметром 0,3 мм);
- первой вторичной (15 витков провода ПЭВ диаметром 1 мм);
- второй вторичной (15 витков провода ПЭВ диаметром 0,2 мм);
- третьей вторичной (20 витков провода ПЭВ диаметром 0,3 мм).
Чтобы минимизировать негативное влияние перепадов напряжения, регулярно возникающих в электрической сети, намотку обмоток трансформатора следует выполнять по всей ширине каркаса.
Процесс намотки силового трансформатора
После выполнения первичной обмотки и изоляции ее поверхности при помощи стеклоткани, на нее наматывают слой экранирующего провода, витки которого должны ее полностью перекрывать.
Витки экранирующего провода (он должен иметь такой же диаметр, как и провод первичной обмотки) выполняются в том же направлении. Такое правило актуально и для всех остальных обмоток, формируемых на каркасе трансформатора.
Поверхности всех обмоток, наматываемых на каркас трансформатора, также изолируются друг от друга при помощи стеклоткани или обычного малярного скотча.
Чтобы величина напряжения, поступающего от блока питания на реле, находилась в пределах 20–25 В, необходимо подобрать резисторы для электронной схемы. Основной функцией блока питания сварочного инвертора является преобразование переменного тока в постоянный. Для этих целей в блоке питания используются диоды, собранные по схеме «косого моста».
Схема блока питания инвертора (нажмите для увеличения)
В процессе работы диоды такого моста сильно нагреваются, поэтому их обязательно надо монтировать на радиаторах, в качестве которых можно использовать охлаждающие элементы от старых компьютеров. Для монтажа диодного моста необходимо использовать два радиатора: верхняя часть моста через слюдяную прокладку крепится к одному радиатору, нижняя через слой термопасты – ко второму.
Выводы диодов, из которых сформирован мост, должны быть направлены в ту же сторону, что и выводы транзисторов, при помощи которых постоянный ток будет преобразовываться в высокочастотный переменный.
Провода, соединяющие эти выводы, должны быть не длиннее 15 см.
Между блоком питания и инверторным блоком, основу которого и составляют транзисторы, располагается лист металла, прикрепляемый к корпусу аппарата при помощи сварки.
Закрепление диодов на радиаторе
Силовой блок
Основой силового блока сварочного инвертора является трансформатор, за счет которого снижается величина напряжения высокочастотного тока, а его сила – увеличивается. Для того чтобы сделать трансформатор для такого блока, необходимо подобрать два сердечника Ш20х208 2000 нм. Для обеспечения зазора между ними можно использовать газетную бумагу.
Обмотки такого трансформатора выполняются не из провода, а из медной полосы толщиной 0,25 мм и шириной 40 мм.
Каждый ее слой для обеспечения термоизоляции обматывается лентой от кассового аппарата, которая демонстрирует хорошую износоустойчивость.
Вторичная обмотка трансформатора формируется из трех слоев медных полос, которые изолируются между собой при помощи фторопластовой ленты.
Характеристики обмоток трансформатора должны соответствовать следующим параметрам: 12 витков х 4 витка, 10 кв. мм х 30 кв. мм.
Многие пытаются сделать обмотки понижающего трансформатора из толстого медного провода, но это неверное решение. Такой трансформатор работает на токах высокой частоты, которые вытесняются на поверхность проводника, не нагревая его внутреннюю часть. Именно поэтому для формирования обмоток оптимальным вариантом является проводник с большой площадью поверхности, то есть широкая медная полоса.
Самодельный выходной дроссель инвертора
В качестве термоизоляционного материала можно использовать и обычную бумагу, но она менее износоустойчива, чем лента от кассового аппарата. От повышенной температуры такая лента потемнеет, но ее износоустойчивость от этого не пострадает.
Трансформатор силового блока в процессе своей работы будет сильно нагреваться, поэтому для его принудительного охлаждения необходимо использовать кулер, в качестве которого может быть применено устройство, ранее использовавшееся в системном блоке компьютера.
Инверторный блок
Даже простой сварочный инвертор должен выполнять свою основную функцию – преобразовывать постоянный ток, сформированный выпрямителем такого аппарата, в переменный ток высокой частоты. Для решения этой задачи применяются силовые транзисторы, открывающиеся и закрывающиеся с высокой частотой.
Принципиальная схема инверторного блока (нажмите для увеличения)
Инверторный блок аппарата, отвечающий за преобразование постоянного тока в высокочастотный переменный, лучше собирать на основе не одного мощного транзистора, а нескольких менее мощных. Такое конструктивное решение позволит стабилизировать частоту тока, а также минимизировать шумовые эффекты при выполнении сварочных работ.
В электронной схеме сварочного инвертора также присутствуют конденсаторы, соединенные последовательно. Они необходимы для решения двух основных задач:
- минимизации резонансных выбросов трансформатора;
- снижения потерь в транзисторном блоке, возникающих при его выключении и обусловленных тем, что транзисторы открываются гораздо быстрее, чем закрываются (в этот момент и могут возникать потери тока, сопровождаемые нагреванием ключей транзисторного блока).
Собранная электронная часть инвертора
Система охлаждения
Силовые элементы схемы самодельного сварочного инвертора сильно нагреваются в процессе работы, что может привести к их выходу из строя. Чтобы этого не произошло, кроме радиаторов, на которых монтируют наиболее нагревающиеся блоки, необходимо использовать вентиляторы, отвечающие за охлаждение.
Если у вас имеется в наличии мощный вентилятор, можно обойтись и им одним, направив поток воздуха от него на понижающий силовой трансформатор. Если же вы используете маломощные вентиляторы от старых компьютеров, их потребуется порядка шести штук. Одновременно три таких вентилятора следует установить рядом с силовым трансформатором, направив поток воздуха от них на него.
Мощный вентилятор обеспечит хорошее охлаждение элементов устройства
Для предотвращения перегрева самодельного сварочного инвертора следует также использовать термодатчик, установив его на самый нагревающийся радиатор.
Такой датчик в случае достижения радиатором критической температуры отключит поступление электрического тока на него.
Чтобы система вентиляции инвертора работала эффективно, в его корпусе должны присутствовать правильно выполненные заборщики воздуха.
Решетки таких заборщиков, через которые внутрь устройства будут поступать потоки воздуха, не должны ничем перекрываться.
Сборка инвертора своими руками
Для самодельного инверторного устройства необходимо подобрать надежный корпус или сделать его самостоятельно, используя для этого листовой металл толщиной не менее 4 мм.
В качестве основания, на котором будет смонтирован трансформатор сварочного инвертора, можно использовать лист гетинакса толщиной не менее 0,5 см.
Сам трансформатор крепится на таком основании при помощи скоб, которые можно изготовить своими руками из медной проволоки диаметром 3 мм.
Раздвижной корпус заводского изготовления
Для создания электронных плат устройства можно использовать фольгированный текстолит толщиной 0,5–1 мм. При монтаже магнитопроводов, которые в процессе работы будут нагреваться, надо предусматривать зазоры между ними, необходимые для свободной циркуляции воздуха.
Для автоматического управления работой сварочного инвертора вам потребуется приобрести и установить в него ШИМ-контроллер, который будет отвечать за стабилизацию силы сварочного тока и величины напряжения.
Чтобы вам было удобно работать с вашим самодельным аппаратом, в лицевой части его корпуса необходимо смонтировать органы управления.
К таким органам относятся тумблер включения устройства, ручка переменного резистора, при помощи которой регулируется сварочный ток, а также зажимы для кабелей и сигнальные светодиоды.
Пример компоновки передней панели инвертора
Диагностика самодельного инвертора и его подготовка к работе
Сделать инверторный сварочный аппарат – это половина дела. Не менее важной задачей является его подготовка к работе, в процессе которой проверяется корректность функционирования всех элементов, а также их настройка.
Первое, что требуется сделать при проверке самодельного сварочного инвертора, – это подать напряжение 15 В на ШИМ-контроллер и один из охлаждающих вентиляторов. Это позволит одновременно проверить работоспособность контроллера и избежать его перегрева в процессе выполнения такой проверки.
Проверка выходного напряжения тестером
После того как конденсаторы аппарата зарядились, к электрическому питанию подключают реле, которое отвечает за замыкание резистора. Если подать на резистор напряжение напрямую, минуя реле, может произойти взрыв. После того как реле сработает, что должно произойти в течение 2–10 секунд после подачи напряжения на ШИМ-контроллер, необходимо проверить, произошло ли замыкание резистора.
Когда реле электронной схемы сработают, на плате ШИМ должны сформироваться прямоугольные импульсы, поступающие к оптронам. Это можно проверить, используя осциллограф. Правильность сборки диодного моста устройства также необходимо проверить, для этого на него подают напряжение 15 В (сила тока при этом не должна превышать 100 мА).
Фазы трансформатора при сборке устройства могли быть неправильно подключены, что может привести к некорректной работе инвертора и возникновению сильных шумов.
Чтобы этого не произошло, правильность подключения фаз необходимо проверить, для этого используется двухлучевой осциллограф. Один луч прибора подключается к первичной обмотке, второй – ко вторичной.
Фазы импульсов, если обмотки подключены правильно, должны быть одинаковыми.
Использование осциллографа для диагностики инвертора
Правильность изготовления и подключения трансформатора проверяется при помощи осциллографа и подключения к диодному мосту электрических приборов с различным сопротивлением. Ориентируясь на шумы трансформатора и показания осциллографа, делают вывод о том, что необходимо доработать в электронной схеме самодельного инверторного аппарата.
Чтобы проверить, сколько можно непрерывно работать на самодельном инверторе, необходимо начать его тестировать с 10 секунд. Если при работе такой продолжительности радиаторы устройства не нагрелись, можно увеличить период до 20 секунд. Если и такой временной промежуток не сказался негативно на состоянии инвертора, можно увеличить продолжительность работы сварочного аппарата до 1 минуты.
Обслуживание самодельного сварочного инвертора
Чтобы инверторный аппарат служил длительное время, его необходимо правильно обслуживать.
В том случае, если ваш инвертор перестал работать, необходимо открыть его крышку и продуть внутренности пылесосом. Те места, где осталась пыль, можно тщательно почистить при помощи кисточки и сухой тряпки.
Первое, что необходимо сделать, проводя диагностику сварочного инвертора, – это проверить поступление напряжения на его вход. Если напряжение не поступает, следует продиагностировать работоспособность блока питания.
Проблема в этой ситуации также может заключаться в том, что сгорели предохранители сварочного аппарата.
Еще одним слабым звеном инвертора является температурный датчик, который в случае поломки подлежит не ремонту, а замене.
Часто выходящий из строя термодатчик, находящийся обычно на диодном блоке или дросселе
При выполнении диагностики необходимо обращать внимание на качество соединений электронных компонентов аппарата. Определить некачественно выполненные соединения можно визуально или при помощи тестера. Если такие соединения выявлены, их необходимо исправить, чтобы не столкнуться в дальнейшем с перегревом и выходом из строя сварочного инвертора.
Только в том случае, если вы уделяете должное внимание вопросам обслуживания инверторного устройства, можно рассчитывать на то, что оно прослужит вам долгое время и даст возможность выполнять сварочные работы максимально эффективно и качественно.
Загрузка...
