Схема 3 х фазного сварочного инвертора

Обновлено: 15.05.2024

До недавних пор все сварочные работы выполнялись при помощи мощных понижающих трансформаторов. Во многих случаях эти устройства были неудобными, в основном из-за сложностей с их перемещением и высокой энергоемкости. Ситуация коренным образом изменилась, когда появилась схема сварочного инвертора, созданная на основе современных технологий. Получились небольшие легкие устройства с широким набором функций. Вся их работа осуществляется благодаря наличию в конструкции импульсного преобразователя, способного производить высокочастотные токи. Именно они обеспечивают быстрое зажигание сварочной дуги, поддерживают ее стабильное состояние в течение всего периода работы.

Отличительные черты инверторов

Любое инверторное устройство по своей сути является блоком питания, внутри которого происходят физические процессы преобразования электроэнергии.

В сварочных инверторных устройствах они протекают по следующей схеме:

На начальном этапе выполняется преобразование входного переменного напряжения (220 В, 50 Гц) в постоянный ток.
На втором этапе осуществляется обратное превращение тока с постоянной синусоидой в переменный ток с высокой частотой.
Затем созданное напряжение понижается, осуществляется окончательное выпрямление тока с сохранением требуемых высокочастотных показателей. Этот порядок нужно знать, если требуется собрать сварочный инвертор своими руками.

Именно такой порядок действий дал возможность для снижения размеров и веса инверторных устройств. Старая сварочная аппаратура функционировала совсем по другому принципу. Здесь снижение напряжения на первичной обмотке, приводило к росту силы тока во вторичной трансформаторной обмотке. Полученная таким образом сила тока огромного значения, позволила применить дуговой способ сваривания. Поэтому, на вторичной обмотке пришлось снизить количество витков, но увеличить одновременно размеры сечения проводника. Подобная схема делала конструкцию очень громоздкой и тяжелой.

Электрическая схема сварочного инвертора дала реальный шанс повысить частотные показатели рабочего тока до 60, а в некоторых моделях и до 80 кГц без увеличения массы и размеров. В схеме были использованы полевые транзисторы, взаимодействующие между собой на таких же высоких частотах. Они соединяются с трансформаторной катушкой и передают на нее ток с заданной частотой. Поскольку самой катушке не требуется повышать частоту, за счет этого она сохраняет свои миниатюрные размеры. Выходные данные получаются, как и у обычной сварки, но габариты и масса инверторного устройства существенно отличаются в сторону уменьшения.

Взаимодействие основных узлов и деталей инвертора

На входе устройства обязательно нужен постоянный сигнал. Он получается с помощью сетевого выпрямителя, превращающего напряжение 220 вольт в постоянный ток. Основой конструкции этого модуля служит стандартный диодный мост и конденсаторы, сглаживающие пульсации после выпрямления.

Под действием высоких токов даже простейший диодный мост сильно нагревается и требует постоянного охлаждения в процессе работы. Во многих моделях установлен специальный радиатор и термический предохранитель, выполняющий отключение при нагреве моста до 90 градусов.

При подключении сварки к сети происходит сильное увеличение зарядного тока конденсаторов. Возникает реальная опасность пробоя компонентов диодного моста. Защититься от этого помогает схема плавного пуска, снижающая уровень тока при включении. После выхода аппарата в нужный режим, эта схема отключается с помощью реле коммутации.

Пройдя через выпрямительный модуль, напряжение, увеличенное до 310 В, попадает на участок импульсного преобразователя с ключами – транзисторами. Данные компоненты превращают подводимое напряжение в импульсные сигналы прямоугольной формы, частотой 60-80 кГц. Ключевым транзистора во время работы также требуются радиаторы охлаждения.

Наиболее важные функции в схеме инвертора принадлежат понижающему трансформатору. Он отличается компактными размерами и незначительным весом. Кроме того, в нем дополнительно предусмотрена выходная обмотка, обеспечивающая питание схемы управления. В приемную обмотку поступают прямоугольные импульсы на 310 В и частотой 60-80 кГц. Одновременно с этим, напряжение во вторичной обмотке за счет малого количества витков понижается до 60-70 вольт, а выходной ток увеличивается до 110-130 А и окончательно выпрямляется.

С этой целью сигнал от трансформатора поступает к выходному выпрямителю. Именно здесь появляется постоянный ток, под действием которого возникает сварочная дуга. В схеме используются сдвоенные диоды, имеющие высокое быстродействие и определяющие максимальное потребление тока всего инвертора. Данные элементы также охлаждаются с помощью радиаторов.

Принципиальная схема сварочного инвертора

Одной из основных функций инверторных сварочных установок является возможность увеличения частоты тока с 50 Гц стандартного значения, до 60-80 кГц, требуемых для работы. Все регулировки на выходе устройства производятся уже с высокочастотными токами, с использованием компактных малогабаритных трансформаторов. Частота увеличивается на том участке инверторной схемы, где предусмотрено расположение контура на основе мощных силовых транзисторов. На эти транзисторы возможна подача исключительно постоянного тока, поэтому на входе и выполняется выпрямление переменного напряжения.

Принципиальная схема сварочного инвертора условно разделяется на две составляющие. Это зона силового участка и цепь со схемой управления. Основным компонентом силового участка выступает диодный мост, где выполняется превращение переменного тока в постоянный. Такое преобразование приводит к возникновению импульсов, требующих сглаживания.

Сглаживание или фильтрация этих импульсов производится электролитическими конденсаторами, установленными за диодным мостом. Следует помнить, что напряжение, выходящее из моста, приблизительно на 40% превышает его величину на входе. Из-за этого диоды выпрямителя подвергаются сильному нагреву, и их работоспособность может заметно снизиться. Защита от перегрева элементов выпрямителя осуществляется радиаторами, включенными в конструкцию. Непосредственно на диодном мосту установлен термический предохранитель, отключающий питание при нагреве свыше 80-90 градусов.

Работа преобразователя приводит к созданию высокочастотных помех, попадающих через вход в электрическую сеть. Во избежание подобных ситуаций, перед выпрямителем производится установка фильтра, обеспечивающего электромагнитную совместимость. Такой фильтр включает в себя дроссель и конденсаторы.

Сама электросхема инвертора, выполняющего преобразование постоянного тока в переменный со значительно увеличившейся частотой, включает в себя транзисторы, собранные по схеме так называемого косого моста. Они переключаются между собой с высокой частотой и формируют переменный ток с такой же частотой, в пределах десятков или даже сотен килогерц. Результатом таких преобразований является переменный ток высокой частоты с прямоугольной амплитудой.

На выходе инвертора требуется получить постоянный ток с показателями, достаточными для выполнения сварочных работ. Эта функция выполняется понижающим трансформатором, расположенным сразу же за транзисторной схемой. Окончательное получение постоянного тока на выходе производится выпрямителем высокой мощности, собранным на основе диодного моста.

Защитные компоненты и схема управления

В процессе работы сварочный инвертор постоянно подвергается потенциальной опасности из-за возможных сбоев в сети и самой системе. Исключить негативные факторы помогают защитные элементы, установленные на различных участках схемы.

Предотвратить перегрев и сгорание транзисторов во время преобразований токов возможно при помощи специальных демпфирующих цепей. Другие блоки и узлы, присутствующие в электрической схеме и работающие под большими нагрузками, защищены элементами принудительного охлаждения. К каждому из них подключены термодатчики, отключающие питание при температурах нагрева, превышающих критическую отметку. Внутри инверторной аппаратуры система охлаждения, состоящая из вентиляторов и радиаторов, занимает достаточно много места.

Каждая схема инвертора оборудуется ШИМ-контроллером, обеспечивающим управление всей электрической схемой. От него поступают сигналы к разделительному трансформатору, силовым диодам и транзисторам. Для эффективного управления всей системой самому контроллеру также требуется подача установленных электрических сигналов. Такие сигналы вырабатываются операционным усилителем, к которому на вход подается выходной ток, преобразованный в инверторе. Если его значение расходится с заданными показателями, усилитель выполняет формирование управляющего сигнала и далее передает его на контроллер. Такая схема позволяет своевременно отключить аппарат при возникновении критических ситуаций в электрической схеме.

Как устранить неисправности инвертора

В некоторых случаях нарушения правил эксплуатации могут привести к выходу из строя даже самых надежных компонентов схемы сварочного инвертора. Основными причинами являются сбои в системах охлаждения, эксплуатация устройств в условиях повышенной влажности или запыленности. Большое количество пыли, осевшей на радиаторе, создает препятствие движению воздуха и своевременному отводу тепла. Поэтому производители рекомендуют периодически чистить аппаратуру.

Поиск возможных неисправностей нужно начинать от простого к сложному, поскольку современные схемы оборудованы многоступенчатой защитой от коротких замыканий и перегревов. Следует внимательно изучить инструкцию, где подробно указаны особенности эксплуатации конкретного устройства.

Среди основных причин возможных неисправностей можно выделить следующие:

Напряжение в сети слишком высокое или низкое. Инвертор сохраняет свою работоспособность в пределах 170-250 вольт.
Использование сетевого провода слишком большой длины или с небольшим сечением. Минимальное сечение должно быть не ниже 2,5 мм 2 , а длина питающего кабеля – не более 30 м.
Длина стандартного сварочного кабеля не превышает 3 м, а сечение – 35-50 мм 2 . Нарушение этих параметров приводит к сбоям в работе.
Некачественные контактные соединения силового и питающего кабеля.

В случае обнаружения неисправности, рекомендуется не ремонтировать сварочный инвертор самостоятельно, особенно если схема слишком сложная. Лучше всего – пригласить специалиста для проведения окончательной диагностики на соответствующем оборудовании.

Плюсы и минусы сварочных инверторов

Основными преимуществами инверторных устройств являются следующие:

Использование современных технологий позволило снизить массу аппаратов до 5-12 кг, в зависимости от модели. Обычные сварочные агрегаты весят в среднем от 18 до 35 кг.
Высокий КПД инверторов – до 90%. Такой показатель достигается за счет снижения затрат на нагрев деталей и компонентов.
Низкое энергопотребление, примерно с 2 раза меньше, чем у обычных сварочных трансформаторов.
Универсальность и широкий диапазон регулировок позволяют работать с разными металлами, использовать разные технологии сварки.
Множество полезных дополнительных опций: плавный пуск, антизалипание, форсаж и другие.
Напряжение, подаваемое на дугу, отличается высокой стабильностью. С этой целью автоматика обеспечивает взаимодействие всех компонентов схемы, создавая наиболее оптимальные условия для работы.
Даже простой инвертор может работать с любыми типами электродов.
Возможность программирования и настройки некоторых моделей на определенный тип сварочных работ.

В качестве минусов отметим недостатки, не оказывающие влияния на качество работ:

Высокая стоимость инверторов, примерно на 20-50% превышающая цену обычной аппаратуры.
Транзисторы обладают повышенной уязвимостью, а их стоимость иногда составляет 60% от цены всего устройства.
Невозможность производить сварку инверторами в сложных условиях эксплуатации.

Самодельный сварочный аппарат: однофазный инвертор СВАРОГ в трехфазный . Ч.1.

Пришлось мне приводить в порядок старый дом в деревне. Без сварки мужику – сами знаете что. Фаза на краю деревни проваливалась на обычном сварочном трансформаторе так, что соседи приходили и в с держанном тоне предупреждали «по-хорошему».
Купил себе цацу TIG 200P AC_DC… точнее сначала был TIG 160 AC_DC, но его вынесли быстро вместе с линолеумом, поэтому о нем не будем…
Вот, соседи рады, я счастлив, т.к. от 40 до 90 ампер на тройку электрод и на TIG нержавейку – вполне достаточно. Вместе с новой проводкой в доме, договорился с энергосетями на подключение 3-х фаз – стало вообще кошерно, рейсмусовый станочек и все-такое… вах!

Сварочный инвертор Сварог фото внутри

Однако, пришла нужда пару раз поварить алюминий…. тут то мне и взгрустнулось. Ток больше 90 А выкачать из одной деревенской фазы TIG 200P AC_DC ну никак не мог. Трещала защита, моргал свет,
ИБП на ОГВ после безуспешных попыток осознать, что происходит с фазой уходил в аут и реанимировался лишь после полного ВКЛ\ВЫКЛ. Пришлось побороть свою лень и включить мозк насчет того, можно ли из трех фаз взять понемножку, чтобы моему сварАппу хватило на рубашку (замечу, что гугл побрезговал мне помочь в этой теме)…

Итак, вскрытие пациента:

Ответственно, без личных эмоций, можно сказать что китайские модули собраны вполне прилично. Детали стоят ровно, платы покрыты лаком, полноценные радиаторы, практически все винты\болтики затянуты и маркированы красным лаком, провода зацеплены жгутами, спрятаны где необходимо в негорючие презервативы , честные медные шины на больших токах, т.е, если не знать что папа китаец — то выглядит пациент нормальным человеком. Сразу, чтобы делать операцию без осложнений – разгоняем кистью пауков и сдуваем пыль легочным компрессором…

Фото сварочный инвертор Сварог внутри: 1- блок импульсных трансформаторов и 2-Силовые транзисторы

Обращаем внимание на стандартную, для заявленных ТТХ, комплектацию модулей – то бишь, приличный сетевой фильтр импульсных помех (платка сзади внизу где входит провод 220v) дальше на переключатель ВКЛ\ВЫКЛ, после него провода идут на плату с релюшкой, которая с небольшой задержкой подает переменку на силовые выпрямительные диоды (две шоколадки в каждой по два независимых диода видимо) батарея конденсаторов на 400v, и с них выпрямленное и выглаженное питание идет на блок импульсных трансформаторов (1) спрятанных между радиаторами в левом модуле на фото. Правый модуль, по ходу дела, занимается импульсами тока и деланием его из постоянного снова в переменное когда это необходимо.
Дальше – лень разбираться, потому как нам нужно препарировать лишь часть схемы, которая до батареи конденсаторов.
Почти сразу нашел начавший обгорать болт (2) к которому прикручена медная шина, идущая на правый модуль.
Здесь на фото уже после восстановления новая гайка, затянутая на разогретую паяльником снизу шину, заодно плата снизу была к шине еще и припаяна.
Силовые транзисторы (3) кучей аккуратно придавлены к массивным радиаторам — лепота.

На следующем фото видны друг за другом два одинаковых разъема (5), в каждом по четыре параллельно провода желтых – это два переменных конца на полнопериодный диодный выпрямитель из двух шоколадок (4).
Пара пар красных проводов – это плюс с выпрямительного моста и пара пар черных — это минус.

Фото сварочный инвертор Сварог внутри: 4- диодный выпрямитель, 5- разъемы, 6-батарея конденсаторов

Если померить напряжение между красными и черными к ним еще подключена батарея конденсаторов (6), то с одной фазы набегает примерно 240-260v постоянки.
Откручиваем со своей стороны пару гаек и приподымаем плату (7).

Фото сварочный аппарат внутри

Да, верно, к желтым идет переменка, а выпрямленный плюс и минус уходит на конденсаторы.
Сюда бы нам и прилепить свой плюс и минус с выпрямленных трех фаз! Кстати, (12) это как раз восстановленный и пропаянный обгоревший контакт о котором говорилось выше.
Красный провод (9) переменка приходит с выключателя ВКЛ/ВЫКЛ, вместе с ним жгутом перетянут провод черный.
Это второй провод переменки и он тоже идет в плату, НО, видите за ним белую релюшку?
Она срабатывает чуть позже включения питания сварАппа и подает силовую переменку с черного провода на 4 желтых в разъеме и дальше на выпрямитель….
Возьмем этот момент на заметку!
В белом презервативе (8) видим два красных провода, идущих на выключатель ВКЛ/ВЫКЛ.
Это 220v которые вы включаете в розетку.
Начало этого провода (11) мы видим выходящим из платы ВЧ сетевого фильтра (вон там за 11 виден его дроссель).
Обратите внимание на черный варистор (10).
Ниже красный овальчик, в нем едва заметная дорожка на плате, она позже будет перерезана и освобожденный контакт перемычкой будет перепаян чуть в сторону.
Фотка будет ниже… плинн, я один вижу тюльпанчики или еще кто?!
Резюмируем — осмотр пациента внушает надежду на положительный исход от вживления трансплантатов и расширение возможностей функционала.
Можно планировать хирургическое вмешательство.

Теперь прикидываем «что и как».

Как выпрямить 3 фазы и вообще, что это такое. Снова google дает картинки в которых только гуру разберутся, звезды да треугольники, да действующие напряжения, мы и слов таких не знаем… сейчас сам нарисую, чтобы «все ежики» поняли…. Вот, смотрите кто еще не в теме, все очень просто, как два пальца.

Теперь, кратенький ассоциативный ряд:
Представим, что слева три тестера есть квартиры на одной лестничной площадке. В общем стояке проходят три провода «трехфазного напряжения 360в» (обозначены L1, L2, L3 разными цветами) и четвертый, общий\земляной\нулевой провод (в особенности не вдаемся).
До нулевого провода (NULL) можно дотронуться рукой, он прикручен к раме\дверце металлической крышки общего щитка на лестничной площадке, и он один\общий не только на вашем этаже, но и для всех во всем доме…. И даже в вашей розетке один из двух контактов есть именно этот нулевой провод. На рисунке он обозначен черным цветом и общий для трех левых тестеров.
Так вот, если померить напряжение между проводом NULL и любым из L1, L2, L3 то тестеры покажут 220в. И именно так, во все три квартиры на лестничной площадке разведены один из L1, L2, L3 и один общий NULL. НИКАКИХ 360в там нет!, вроде бы….
На каждой фазе (L1, L2, L3) относительно NULL, в форме синусоиды с размахом в плюс и в минус присутствует ЭДС, которая напрягает\давит электроны, заставляя их двигаться «туда-сюда», если цепь от фазы замкнется на NULL через какую либо нагрузку. Эта ЭДС, среди обывателей обзывается «напряжением» и условно обмеряется Вольтами. Для нас она в сети есть 220в. Итого, в розетку каждой квартиры приходит один NULL и одна фаза Lх, на которой, то в одну, то в обратную сторону появляется давление на электроны силой\напряжением 220в.

САМОЕ ЗАГАДОЧНОЕ в «3-х фазном» — где же 360 вольт?
Дело в том, что синусоиды на L1, L, и L3 (смотрите изображение в предыдущей части) сдвинуты друг от друга по форме напряжения на 120 градусов , и если до сих пор мы замеряли напряжение на фазе относительно NULL провода, то замер напряжения одной фазы относительно другой преподнесет нам сюрприз – посмотрите на четвертый тестер внизу картинки. Если провести на графике линию в какой-либо момент времени, то можно сразу понять – «так вот они какие! 360в» Я точками отметил что показывает тестер, измеряющий напряжение между L1 и L2.
Теперь нам становиться понятно и явление, когда в нашем доме из-за электрика, который перепутал провода, горят холодильники и телевизоры.
Просто вместо NULL электрик пробросил соседнюю фазу и в розетке случилось двухфазное напряжение, которое после выпрямления в бытовом приборе дает вместо 250в на конденсаторах блоков питания все 400в с хвостиком, что в свою очереди разрывает электролитические конденсаторы, которые не рассчитаны на такое издевательство. В холодильнике и в лампочке, после непродолжительной борьбы сгорают обмотки и спиральки.
Однако, не торопитесь обвинять электрика.
Гораздо чаще, проблема носит техногенный характер. Где-то в сплетениях силовых проводов на подстанции рядом с вашим домом, а может даже в общем стояке, крыса или просто эрозия изоляционной обмотки на какой-либо фазе, замыкает фазу на NULL. ЭДС радостно разгоняет электроны по образовавшейся цепи в глубину нашей планеты, намертво сваривая место контакта. Через некоторое время, если у ЭДС хватает силы, NULLевой провод в сторону ядра планеты разогревается и переплавляется…. цепь в землю размыкается и… вуаля!
Через место сварки фазы с проводом NULL, который в направлении земли отгорел, а в направлении квартир остался цел (туда тока почти не было), мы получаем в розетке ДВЕ фазы! Последствия вам уже известны.
Повезет только тем, кто висел на той же фазе, которая приварилась к NULL. У них просто все выключится без последствий (несмотря на то, что на обеих контактах розеток будет телепаться одна и та же фаза, и если за нее взяться рукой, то будет очень неприятно!).
Есть еще третий вариант последствий, просто с «отгоранием нулевого провода» и «перекосом фаз из-за разности нагрузок», но он чуть сложнее в понимании и не будем в него вдаваться.

Итак, теперь после теории, приступаем к практике.
С правой стороны рисунка с тестерами, показаны сравнительные результаты выпрямления 3-х фаз по схеме Миткевича (именно ее мы будем пользовать по ряду причин) И выпрямленное напряжение однофазное по полномостовой схеме, которая применяется в нашем сварАппе. Схематически такой выпрямитель справа.

Что можно сказать о них?
Первое, что трехфазный выпрямитель в отличии от однофазного дает пульсации 150Гц вместо 100Гц, и это хорошо для нас, т.к. силовая емкостная батарея заряжается на 50 раз в с екунду чаще (кстати, и служить будет дольше).
Второе, нагрузка от сварАппа разделяется на три части, что уменьшает просаживание линий, и это тоже дает нам выигрыш.

Третье, самое интересное – это закрашенная площадь действующего напряжения.
В выпрямленной однофазной схеме есть полный провал до нуля, а в трехфазной схеме его вообще нет.
Из-за такого расклада, емкости сварАппа заряжаются минимум в 1,3 раза эффективнее, а реально — эффективность будет еще выше!
Теперь, мы знаем, что при самом пессимистическом прогнозе, мы сможем поднять, в моем случае, допустимый сварочный ток с 90А до 120А. И это уже приятно.

Самодельный сварочный аппарат: однофазный инвертор СВАРОГ в трехфазный . Ч.2.

Алгоритм работы будет таким:
1. Если воткнуть штатную вилку в 220v, то срабатывает пускатель К1 (25А на контакт), который одной парой контактов восстанавливает разрезанный нами провод идущий к переключателю ВКЛ\ВЫКЛ сварочного аппарата.

А его вторая пара контактов замкнет сделанные нами разрезы дорожек на печатной плате, которые подводят силовое напряжение к штатному однофазному полноволновому выпрямителю.

Больше ни для чего К1 не нужен. Он лишь восстанавливает исходную схему питания сварочного аппарата после перерезания двух проводов и двух дорожек. (хотя, есть еще одна функция – К1 не позволяет быть штатной вилке сварАппа под напряжением, когда он подключен к трехфазному питанию. Это очень хорошо!)

2. Пускатель К2 (10А на контакт) используется для подключения трех фазной части питания в схему аппарата. Он поменьше и подешевле, так как от него требуется замыкание всего двух проводов, которые мы пропустим через спаренные 10А-ные контактны е группы. Собственно, это все.
Сначала, я купил трехфазные розетки 3р+N+E, что означает четыре контакта фаз и нуля и пятый земля. Провод купил четырехжильный диаметром 2,5мм на жилу. Выпрямительные диоды на радиаторе я планировал разместить внутри сварАппа. Однако, в процессе работы, мне пришло в голову более изящное и безопасное решение.

Смысл сводился в том, что я размещу 3х-фазный выпрямитель в отдельном боксе непосредственно около входного щитка, и на сварочный пущу уже выпрямленное напряжение по одному проводу, по второму любую из фаз на схему запуска электроники сварАппа (без этого никак), по третьему пущу NULL, и у меня остается еще четвертый провод, по которому я приделаю от входного щитка настоящую честную ЗЕМЛЮ на корпус аппарата (она у меня во входном щитке реально есть).

Таким образом у меня получается обеспечение всех типов безопасности для пользователя и сварАппа, вилки и розетки можно поставить четырехпиновые, т.е. 3р+Е. Это я счел более удобным.

Чтобы диоды не были «день и ночь» под напряжением в щитке, ну и для удобства, конечно, я подключил их через дешевый отключатель нагрузки на 40А. Это не автомат, их хватает вместе с УЗО в основном щитке, это просто трехконтактный выключатель. Диоды подойдут «на любой вкус и цвет», у меня на помойке были Д242Б из одной партии, я их запараллелил и ввернул на радиатор от какого-то старенького компьтерного процессора.
Провода брал медные, тоже обрывки пособирал в хозяйстве, те которые потоньше складывал парой – одним концом в шуруповерт и закручиваем: выходит красивенько жесткой косичкой. Общее сечение меди достаточно 2мм2. Больше не имеет особого смысла. Очень удобно брать медь одной толстой жилой. Она сразу будет служить жестким конструктивом и грамотнее зажимается в клемниках. Да, и приготовьте паяльник ватт на 60-100, чтобы делать сборку культурно там где потребуется, мы же не китайцы.
Теперь, призываем в помощь всю нашу внимательность и делаем, как я сказал:
(для тех , кто до сих пор плавает в нашей теме и подзабыл правила саперной техники)
ШАГ 1.

Апгрейд ШАГ 1

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 1

Размещаем пускатель 25А в удобном для него месте (даже не крепим его, если провода у нас будут жесткие), прикидываем на глаз на каком расстоянии лучше обрезать фазу и нейтраль в презервативе, идущие на выключатель ВКЛ\ВЫКЛ и… смело срубаем шашкой!
Образовавшиеся культи зачищаем от оплетки, красиво залуживаем и зажимаем в двух верхних на фото клемниках К1.

Подсказка – перед шагом 1, приготовьте и прикрутите подходящий проводок к катушке К1 и сразу спаяйте его с концами нейтрали и фазы идущей от фильтра ВЧ помех (это нижний на фото разрезанный кусок).
Смело зажимайте эти концы на клеммах катушки пускателя в любом
порядке. Если вы сделали шаг 1, то можно вкл ючить провод сварочника в розетку и убедиться, что он продолжает работать как и прежде, единственное, что нас сначала выводит из себя то, что при вкл ючении провода в розетку раздается щелчок пускателя. От этого поначалу вздрагиваешь, но потом привыкаешь.

Апгрейд ШАГ 2

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 2

Берем в руки ножовочное полотно и аккуратно, шириной не меньше 1,5мм, поглубже в текстолит, разрезаем дорожки, которые идут к паре четверок из желтых проводов в разъемах. Здесь поближе, обратите внимание – желтый маленький кружок вокруг контакта варистора, который мы перерезали (черная черточка обозначает бывшую дорожку). А красная полоска, это перемычка, которую необходимо не забыть позже припаять! Иначе не будут гаситься переходные импульсны е всплески напряжения.
Справа, овалом обведены контакты релюшки (белая), которая с некоторой задержкой замыкается после подачи питания на сварАпп . Это, собственно и есть все контрольные точки, на которых будет обращено наше внимание в манипуляциях дальше. А дальше – мы раскладываем от К1 провода, чтобы замкнуть ее контактами разрез, сделанный нами. Не полностью откл ючая голову доверяемся нашим прямым ручкам…

Вот там мы разложили, а здесь концы припаяли. (НЕ ЗАБЫВ ПРО ПЕРЕМЫЧКУ ОТ ВАРИСТОРА! Не видно на фото ?)

Снова включаем девайс и убеждаемся в его полной работе от однофазной сети.

А сейчас, простой, но очень ответственный момент. Припаиваем к концам разрезанных дорожек (самые слева по фотке, идущие на выпрямитель) двухжильный не толстый проводок, который идет на катушку К2. Соединяем четырьмя коротенькими (оранжевые) перемычками контакты К2 попарно.

На фото, правые контакты К2 короткими проводами скручиваем и зажимаем вместе с контактами К1, идущими туда же, откуда бросили провод на катушку К2.

Провод, который в «обычной жизни» идет сначала на «белую релюшку» тот черный, на него мы посадим (в трехфазном подключении) любую нами выбранную фазу для запитывания пусковой электроники сварАппа. А провод, который идет без разрыва от ВКЛ\ВЫКЛ (толстый красный) на штатный выпрямитель через желтые повода в белых разъемах, мы спаяем с NULLевым проводом от нашей трехфазной розетки.

Внимательно смотрим на схему и с умным выражением лица тыкаем тестером в клеммы, проверяя соответствие разводки проводов схеме.

Если вы полностью убеждены что « все по схеме», то соберите\подогните аккуратненько повода с К1 и К2, уложите вовнутрь СварАппа, полюбуйтесь и еще раз убедитесь, что он до сих пор работает от одной фазы! Лениться не стоит..

Апгрейд ШАГ 3

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 3

ШАГ 3. Самый интересный и захватывающий.
Я сначала сделал его прямо на операционном столе. Синий плетеный провод подрезанный рамкой кадра – спаян с плетеным желто\синим и прикручен к радиатору (плюсу) трехфазного выпрямителя (он временный). Этот силовой плюс , уходит к спаренным контактам пускателя К2 (на фотке хорошо видно). На К1 от 3-х фазной розетки идет пара фаза\ноль и силовой ноль.

ВНИМАНИЕ!
Напоминаю, что на этом ФОТО розетка с 5-ю контактами, позже, когда я вынесу выпрямитель в щиток, розетка будет четырехконтактной. (см.схему)

ИТАК, подаем три фазы на самодельный сварочный аппарат, и переключаемВКЛ/ВЫКЛ на ВКЛ! Щелкнули пускатели…. И все заработало!!

Апгрейд ШАГ 4

Втыкиваем силовые кабели, выкручиваем ..

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 4

Ого! на 202А ручку тока, в сарае находим самый толстый и древний электрод. У меня таким оказалась протухшая в плесени со времен перестройки 4-ка.

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 4 — Самодельная сварка

Хватаем черную железяку, в месте где она толщиной 10мм, бессовестно упираем и давим электрод… В первое мгновение он подлипает, с шипением выкипает из него вода с грибами(реально, прямо супом запахло!) и…… при полном нажиме секунды за три-четыре жжем сквозную дырку! Переживаем первую радость\гордость, и следующие пару вечеров уже вдумчиво и неспешно экспериментируем с нашей прелестью в разных позах и режимах…..

Апгрейд ШАГ 5 (Уборка и упаковка собранной схемы)

Аккуратно и окончательно укладываем провода, пускатели. Не жалея сил, подергаем в разные стороны симулируя жесткое падение сварАппа с крыши. Если никакой пускатель не цепляет контактами окружающие железочки – то все у нас надежно.

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: ШАГ 5 Уборка и упаковка собранной схемы

Последний штрих – затягиваем где есть возможность, жгутами (у меня зеленые были, уже не помню где экспроприировал). Любуемся, и принимаемся за оформление вывода проводов для трехфазной розетки.

Выводим четыре провода примерно в центр верха самодельного трехфазного инвертора. Это провод +250v от трехфазного выпрямителя, NULL, одна любая фаза, и прикручиваем желтый с зеленой полосой провод к корпусу устройства, это он будет нашей «честной землей». Снимаем с силового кабеля небольшой кусок оплетки и обхватываем все кабеля в том месте, где они будут проходить через отверстие в крышке инвертора, ну, и обматываем изоляцией.

Ниже – фото новых четырехпиновых розеток\вилок, выкл ючателя нагрузки на 40А и уютный домик для радиатора с выпрямительными диодами от MAKEL (кстати, с поэтическим названием – «сива-остю-сигорта-кутусю»). По русски, все более прозаично – Электрощиток Накладной.

Сверлим 14-м сверлом отверстие в крышке сварАппа под вывод наших силовых поводов, прикручиваем одну из розеток, прикручиваем концы проводов и т.д. и т.п…

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: Завершающий этап

Вот что получилось:

Самодельный трехфазный сварочный аппарат: Что получилось…

Самодельный трехфазный инвертор из Сварога

Делаем предподготовку соединения второй розетки и щитка с выпрямителем и отключателем нагрузки, тестером проверяем чтобы в розетках не было перепутывания проводов и идем прикручивать щиток на стенку.

Подготовка соединения второй розетки и щитка с выпрямителем и отключателем нагрузки

Вот что получилось в «щитовой».

Левый разъем для самодельного сварочника

Правый разъем – есть розетка 3ф+N+E – это для подключения обычных 3-х фазных девайсов. А вот левый – исключительно для нашей прелести.
На этом, собственно все. На текущий момент спалил баллон аргона балуясь с сварАппом на 3-х фазах. Работает безукоризненно.

Как сделать сварочный инвертор своими руками

Среди различных конструкций сварочных аппаратов, становятся очень популярными инверторы, благодаря оптимальным техническим характеристикам. В продаже имеется очень много устройств данного типа, однако для человека, разбирающегося в электротехнике, не составит особого труда сделать себе сварочный инвертор своими руками. Правильная сборка обеспечивает продолжительную и надежную работу таких устройств с любыми электродами, диаметр которых не превышает 4 мм.

Устройство, принцип работы и схема сварочного инвертора

Прежде чем приступать к изготовлению инвертора, необходимо изучить его основные технические характеристики. Стандартный аппарат обладает максимальным рабочим током в 220 ампер, током холостого хода – 30 ампер. Режимы работы отображаются с помощью трехзначного индикатора. Питание осуществляется от бытовой электрической сети, напряжением 220 вольт.

Также у сварочного инвертора имеются функции управления током, отображения токовых и температурных значений на индикаторе. Аппарат обладает горячим стартом, холостым ходом и спящим режимом. Он может автоматически отключаться при залипании электрода.

Основными конструктивными элементами сварочного инвертора являются блоки питания, выпрямителя и самого инвертора. Принцип работы аппарата, такой же, как у импульсных блоков питания. Трансформация электроэнергии происходит в несколько этапов:

Вначале выпрямляется переменный ток 220 В, поступающий из бытовой сети.
Далее выпрямленный постоянный ток вновь становится переменным, но с гораздо более высокой частотой.
На следующем этапе высокочастотное напряжение понижается.
На выходе ток с пониженным напряжением вновь выпрямляется, сохраняя при этом высокую частоту.

В обычных конструкциях основным элементом сварки является силовой трансформатор высокой мощности. С его помощью производится уменьшение сетевого переменного тока, а вторичная обмотка позволяет получать токи высокой частоты, необходимые для нормальной сварки. Такие аппараты имеют большие габариты и массу.

Преодолеть эти недостатки стало возможно с появлением сварочного инвертора. Размеры устройства значительно снизились из-за повышения частоты рабочего тока до 80 кГц и выше. Таким образом, габариты и масса устройства уменьшаются пропорционально увеличению рабочей частоты.

Откуда же берутся высокие частоты при наличии всего 50 Гц в рабочей сети? Они появляются за счет инверторной схемы, в состав которой входят мощные транзисторы с возможностью переключения в диапазоне 60-80 кГц. Для нормального функционирования, им необходима подача постоянного тока, получаемого через выпрямитель. Конструкция выпрямителя включает в себя диодный мост и сглаживающие фильтры.

С помощью выпрямителя становится возможным получение постоянного тока, напряжением 220 вольт. Сами инверторные транзисторы соединяются с трансформатором, понижающим напряжение. Поскольку транзисторы переключаются с высокой частотой, то и работа трансформатора осуществляется на аналогичных частотах.

Намотка проводников трансформатора

Для намотки трансформатора используется не провод, а медная жесть, ширина которой составляет 40 мм, толщина – 0,3 мм. Она обертывается в термобумагу, толщиной 0,05 мм, применяемую в кассовых аппаратах. Такая бумага обладает повышенной прочностью и не рвется. Обычный проводник не подходит в связи с работой трансформатора на токах высокой частоты. В процессе эксплуатации происходит вытеснение этих токов на поверхность толстого провода, а середина остается не задействованной. В результате, возникает сильный нагрев, известный как Скин-эффект.

Преодолеть негативное действие такого эффекта возможно только с помощью проводника с большой площадью поверхности. Это качество в полной мере соответствует тонкой медной жести. Для вторичной обмотки используется три слоя этого материала, разделяемые тонкой фторопластовой пленкой. Все слои обернуты термобумагой, которая темнеет при нагревании, но это никак не влияет на ее свойства.

Вместо медных жестяных пластин допускается использование в качестве обмотки, провода ПЭВ, сечение которого составляет 0,5-0,7 мм. Данный проводник состоит из множества жил, образующих между собой воздушные зазоры. В результате, замедляется теплообмен, а общая площадь сечения проводов уменьшается на 30% по сравнению с медными пластинами.

Все рекомендации обязательны к исполнению, поскольку нагревается не ферритовый сердечник, а обмотка. Поэтому в процессе работы для всей конструкции предусмотрен обдув вентилятором внутри корпуса греющихся деталей.

Другие конструктивные элементы

При самостоятельной сборке сварочного инвертора в качестве охлаждающих элементов могут использоваться радиаторы с вентиляторами, которые применялись в компьютерах старых моделей. Для силового моста потребуется два таких радиатора. Один из них задействован на верхней, а другой – на нижней части моста. Эти радиаторы соединяются с диодами моста HFA30 и HFA25 с использованием слюдяной прокладки. Для диодов IRG4PC50W вместо прокладки используется специальная теплопроводящая паста КТП8.

Диодные и транзисторные выводы прикручиваются на каждом радиаторе, навстречу друг другу. Между ними вставляется плата, соединяющая детали моста с цепью питания 300 В. На нее припаиваются конденсаторы в количестве от 12 до 14 штук, емкостью 0,15 мкф, рассчитанные на 630 В. Данные элементы, обеспечивают уход трансформаторных выбросов в цепь питания. В результате, происходит ликвидация резонансных выбросов тока, поступающих от силовых ключей трансформатора. Оставшиеся части моста соединяются между собой с помощью коротких проводников.

В схеме инвертора имеются снабберы с конденсаторами хорошего качества С15 или С16. Они осуществляют глушение резонансных выбросов трансформатора, значительно снижают потери IGBT при его выключении.

Настройка систем инвертора

После сборки необходимо правильно настроить все системы сварочного инвертора. В первую очередь необходимо подать напряжение 15 В на ШИМ и на один из вентиляторов. Это делается с целью разрядки емкости С6 осуществляющей контроль над временем срабатывания реле. С помощью реле замыкается резистор, который после зарядки конденсаторов снижает всплески тока после включения аппарата в сеть, напряжением 220 В.

Далее, через несколько секунд после подачи питания на ШИМ проверяется срабатывание реле, с помощью которого замыкается резистор. После срабатывания обоих реле выполняется проверка платы ШИМ на наличие прямоугольных импульсов, поступающих к оптронам.

Правильная работа моста определяется путем подачи на него питания 15 В. При этом потребляемый ток на холостом ходу не должен быть больше 100 мА. Для определения правильного распределения фаз в обмотках силового трансформатора используется двухлучевой осциллограф. Один луч охватывает первичную обмотку, а другой вторичную. В результате, получаются одинаковые фазы импульсов, однако напряжение в обмотках будет разным.

Когда уже собран сварочный инвертор, на мост подается питание через силовые конденсаторы и лампочку, мощностью 150-200 Вт с напряжением 220 В. Частота ШИМ предварительно устанавливается в размере 55 кГц. Далее осциллограф подключается к коллектору эмиттера нижнего транзистора IGBT. После этого нужно понаблюдать за формой сигнала, с целью исключения всплесков напряжения более 330 вольт.

Трехфазный инвертор

Инверторные устройства используются в самых различных областях. В большинстве случаев, это однофазные приборы, работающие по классическим схемам. Однако, возникают ситуации, когда необходимо обеспечить электроэнергией асинхронный двигатель от аккумуляторной батареи или просто получить трехфазный ток для специфических нужд. И здесь на выручку приходит трехфазный инвертор с увеличенным числом электронных управляемых ключей, преобразующий постоянный ток в трехфазный переменный с требуемыми характеристиками.

Где применяется

Область применения трехфазных инверторов достаточно большая, а в некоторых случаях без них просто невозможно обойтись. Управление электродвигателями будет гораздо эффективнее, когда используются модифицированные современные трехфазные инверторные устройства. Они включаются в общую схему с одно- и трехфазными асинхронными двигателями, коллекторными агрегатами, а также с трехфазными двигателями постоянного тока.

Для управления разными типами двигателей используются свои режимы, поддерживаемые соответствующим программным обеспечением. Это дает возможность подключать практически любые двигатели в обмотках которых имеется от 1 до 3 фаз. В виде исключения можно отметить конструкцию биполярных двухфазных шаговых двигателей, оборудованных двумя независимыми обмотками.

В состав комплектующих такого инвертора входит основная плата управления, входы и выходы питания, а также интерфейс для ввода необходимых данных и вывода текущих показаний на дисплей или табло. Довольно часто управления осуществляется с помощью компьютера. Подключение инвертора выполняется через специальный разъем, установленный на плате.

В современных инверторах управления предусмотрен демонстрационный режим, при котором поочередно запускается показ основных функций – пуска и остановки, изменения скорости и реверса. Для переключений между функциями предусмотрены 4 кнопки, расположенные на плате.

Разновидности трехфазных инверторов

По своим параметрам, характеристикам и предназначению все виды преобразователей можно условно разделить на несколько групп.

В первую очередь, они могут быть автономными или зависимыми. В первом случае постоянный ток преобразуется в переменный, где частоту определяет система управления, а характеристики выходного напряжения тесно связаны с параметрами нагрузки. Зависимые устройства выдают ток, определяемый частотой местной сети, с постоянными значениями. В автономных приборах возможны плавные изменения напряжения от нуля до наибольшей допустимой величины. Поэтому такие инверторы чаще всего используются в различных схемах.

Существует дополнительная классификация автономных инверторов в соответствии с его схемой, способами принудительной коммутации, параметрами нагрузки и источников питания. Они могут быть автономными инверторами тока – АИТ или напряжения – АИН, а также резонансными – АИР.

В соответствии с количеством токовых коммутаций, трехфазный инвертор бывает одно- или двухступенчатым. В первом случае ток нагрузки сразу поступает к тиристору, включающемуся в работу, а во втором происходит изначальное переключение нагрузки на вспомогательную цепь, и лишь потом она переходит в основную. Если в схеме используются тиристоры, рассчитанные только на одну операцию, в нее могут быть дополнительно включены узлы принудительной коммутации.

Как работает 3-х фазный инвертор

В состав силовой части трехфазного инвертора входят транзисторные ключи с маркировкой от VT1 до VT6 в количестве шести элементов и диоды обратного тока VD1–VD6, также шесть штук. Диоды соединяются в общий мост и подключаются параллельно с источником питания.

Силовая трёхфазная цепь инверторов может быть построена разными способами. При постоянной структуре цепи, подача управляющих сигналов происходит одновременно сразу к трем силовым транзисторам. Таким образом, ее структура остается неизменной. В случае использования переменной структуры, количество транзисторов для подачи управляющих сигналов нередко бывает менее трех.

Продолжительность переключений, выполняемых транзисторными ключами и частота напряжения на выходе, зависит от используемой системы управления. В интервале, включающем в себя один период, переключения на выходе транзисторов анодной и катодной групп может происходить от одного до множества раз.

Конфигурация тока на выходе получается в соответствии с характеристиками нагрузки. Если нагрузка активно-индуктивная, получается форма в виде ломаной кривой, разделенной на четыре части, расположенные на половине периода. Эффект от токовой нагрузки определяется интегрированием наиболее характерных участков токовой кривой. Необходимая форма нагрузки, в том числе и синусоидальная, получается при многократном включении и отключении управляемых вентилей в пределах одного периода.

Регулировка выходного напряжения в инверторе осуществляется при помощи широтно-импульсной модуляции – ШИМ. Сформированная модуляция в виде прямоугольника, получила название широтно-импульсного регулирования – ШИР. Такое регулирование выходного напряжения выполняется за счет изменяющейся продолжительности подключения нагрузки к источнику питания. Данная схема применяется в момент паузы между импульсами, когда происходит запирание двух одинаковых силовых транзисторов.

В случае групповых переключений в нагрузочном напряжении возникает определенная пауза. Это происходит при изменении током своего знака в тот момент, когда два транзистора начинают запираться. Если же ток к этому времени не изменит своего знака или нагрузка окажется слишком продолжительной, то формирования паузы в напряжении на выходе не получится. При использовании ШИР, структура тока и напряжения на выходе в диапазоне малых частот и напряжений, значительно ухудшается. Для того чтобы избежать этого негативного явления, ШИР приходится выполнять на действующих несущих частотах.

Схема подключения

Подключение трехфазного инвертора в качестве примера можно рассмотреть в общей связке с электродвигателем. На представленном ниже рисунке обозначен двигатель М, работающий под управлением ключей V1 – V6. Все полупроводники для более наглядного отображения представлены как обычные механические контакты. Для питания используется постоянное напряжение Ud, поступающее из выпрямителя, не отмеченного на схеме. Ключи 1, 3, 5 относятся к верхним, а три ключа 2, 4, 6 – к нижним.

Верхние и нижние ключи никогда не открываются одновременно, во избежание короткого замыкания. Схема будет нормально работать, когда нижний ключ открывается, а верхний к этому времени уже находится в закрытом состоянии. Для формирования этой паузы используются контроллеры.

Продолжительность паузы должна гарантировать, чтобы силовые транзисторы закрывались своевременно. При недостаточности этого временного промежутка, верхний и нижний ключи могут одновременно открыться на очень короткое время. Это крайне нежелательно и не должно происходить систематически, поскольку выходные транзисторы сильно нагреваются и быстро выйдут из строя. Подобная ситуация известна как сквозные токи.

Существует гальваническая связь между нижними и верхними ключами и с управляющим устройством. Подача сигнала управления выполняется через резисторы непосредственно к составному транзистору, выполняющему функции драйвера нижнего ключа. У верхних ключей отсутствует гальваническая связь с элементом управления и с общим проводником. Поэтому для более эффективного управления к верхнему составному транзистору помимо драйвера дополнительно устанавливается оптрон. Питание верхних ключей производится от отдельных выпрямителей, каждый из которых подключен к собственной обмотке трансформатора.

Различия между одно- и трехфазными инверторами

Существуют принципиальные отличия однофазного от трехфазного инвертора. В основном они связаны с их конструктивными особенностями. Это наглядно видно на примере устройств, используемых с солнечными батареями. Схема однофазного инвертора использует 1 или 2 трекера МРРТ, выполняющих слежение за максимальной отметкой мощности панели.

Далее в цепь включается инвертор, выполняющий преобразование тока и синхронизирующий его с сетью. Электроэнергия, полученная от этого инвертора, поступает непосредственно в сеть. К каждому трекеру подключается своя солнечная панель. При наличии двух трекеров можно подключить на выбор 1 или сразу 2.

Трехфазный инвертор напряжения может иметь в своей схеме от 1 до 4 трекеров, в зависимости от мощности каждого преобразователя. Они также выполняют слежение за точкой максимальной мощности и направляют постоянный ток от солнечной панели к входу инвертора. В свою очередь, преобразователь соединяется с сетевыми фазами и синхронизирует их сдвиг на все 3 фазы.

Таким образом, основное отличие между обоими устройствами заключается в разнице распределения полученной энергии. Распределение электричества трехфазным прибором осуществляется равномерно между всеми фазами. Если же для этой цели используется три однофазных инвертора, то выходная мощность каждого из них будет колебаться в соответствии с мощностью, выдаваемой солнечной панелью.

Довольно часто возникает вопрос, что выгоднее использовать, одно- или трехфазный инвертор? Решение принимается индивидуально, исходя из конкретных условий эксплуатации. Несмотря на 1 корпус вместо 3-х, он может оказаться слишком дорогим, поэтому сравнение нужно делать по тем или иным известным моделям. То же самое касается VHHN-трекеров, количества силовых ключей и других важных компонентов.

Читайте также: