Схема плавного пуска сварочного инвертора
Обновлено: 20.09.2024
ну что вы не в курсе что некоторые инверторы имеют плавный пуск а некоторые нет я посто интересуюсь можно ли в инв не имеюший такового встроить . понимаю так плавное наростание питаюшего напряжения при пуске т.е. включении в сеть
сваршик написал :
ну что вы не в курсе что некоторые инверторы имеют плавный пуск а некоторые нет
Какие имеют, например?
И что Вы подразумеваете под словом "инвертор"?
СВАРЩИК, разберитесь пожалуйста с определениями, что такое плавный пуск, горячий старт и др., тогда вам подскажут.
Вот я понимаю на болгарке плавный пуск, а на инверторе то как?
Или поднес электрод, и на протяжение пары секунд плавно зажигается дуга? ))))
Так вы объясните незнающим, что там должно плавно запускаться. А еще лучше с примерами: "вот такой то инвертор имеет плавный пуск, а вот этот не имеет, и разница от этого вот такая-то"
Dancb написал :
Или поднес электрод, и на протяжение пары секунд плавно зажигается дуга? ))))
А может это про дешевый китай? Там, из-за засохшей или даже отсуствуюшей смазки, вентилятор запросто может набирать обороты плавно и печально
Sergi42 написал :
А может это про дешевый китай? Там, из-за засохшей или даже отсуствуюшей смазки, вентилятор запросто может набирать обороты плавно и печально
Это типа инвертор с плавным пуском вентилятора? )))
Человек видимо имеет в виду функцию lift arc (есть такая в аппаратах MMA/TIG где для тига пользуют вентильную горелку),эта штука позволяет зажечь дугу без прилипания вольфрамовой иглы к детали.Если не смущает довесок к инвертору то можно сделать из мощного тиристора электролита и резистора(кондюк и резистор -времязадающая цепочка подбирается под руку)
Имеется в виду включение в сеть , зарядка входных кондёров. Схема- певая попавшаяся из любого инвертора. Резюк, шунтируется реле или тиристором.
Всё зависит от Вашего инвертора. Какой он у Вас?
svarnoy12 написал :
Человек видимо имеет в виду функцию lift arc .
Думаю, скорее всего речь о плавном пуске БП, точнее конденсаторов БП.
сваршик написал :
если не вкурсе не засоряйте тему
Так кроме Вас - никто не в курсе, что Вы имеете в виду
Поделитесь Вашей тайной, плииз, раз открыли тему на форуме, а не в приватной переписке.
А может и Вы не в курсе, о чем спросили?
tehsvar написал :
Имеется в виду включение в сеть , зарядка входных кондёров. Схема- певая попавшаяся из любого инвертора. Резюк, шунтируется реле или тиристором.
Всё зависит от Вашего инвертора. Какой он у Вас?
Вот человек читать умеет.имеено это я и имею в виду, все же в вопросе написал ,инвертор плантруется powerman 200. я прошу схему чтоб сделать самому и желателно для чайника, электронникой в подростковом возрасте занимался шас многое изменилось . если у кого есть с коментариями и номиналами или ссылочку. в гугле искал но именно для ин.сарочника не нашел . буду благодарен примного. вот идейка такая родилась есть в продаже плавный пуск для двигателей однофазных нелзя ли его пристроить ? вот типа такого нашел кто что скажет. Потребляемая мощность ивертора кВА 6
7351 написал :
Какие имеют, например?
И что Вы подразумеваете под словом "инвертор"?
инвертором я обзываю источник сварочного тока инверторного типа. не придерайтесь я создал тему на форуме чтоб с грамотными людьми посоветоватся а не высокомерием мерятся
Dancb написал :
Это типа инвертор с плавным пуском вентилятора? )))
вобщем тоже не плохая идея в принципе продлить жизнь вентилятору он тоже бывает из строя выходит и стоит денег кстати некоторые иверторы имеют автоматическую регулировку например форсаж
Dancb написал :
Зачем? Чего там плавно то запускать?
читата не моя
При включении блоков питания усилителей, лабораторных и других БП в сети возникает помеха, вызванная пусковыми токами трансформаторов, токами заряда электролитических конденсаторов и стартом самих питаемых устройств. Внешне эта помеха проявляется как "моргание" света, щелчки и искры в сетевых розетках, а электрически - это просадка сетевого напряжения, которая может привести к сбою и нестабильной работе других устройств, которые питаются от той же сети. Кроме того, эти пусковые токи вызывают обгорание контактов выключателей, сетевых розеток. Еще одно негативное влияние пускового тока - выпрямительные диоды при таком старте работают при токовой перегрузке и могут выйти из строя. К примеру, бросок тока заряда конденсатора 10000мкФ 50В может достигать 10 и более ампер. Если диодный мост не рассчитан на такой ток, такие условия работы могут вывести мост из строя. Особенно сильно пусковые токи заметны при мощности более 50-100Вт. Для таких блоков питания предлагаем устройство плавного пуска.
Как работает сварочный инвертор?
Продолжаем изучение сварочного инвертора «Telwin». В первой части было рассказано о силовой части схемы аппарата. Пришло время разобраться в управляющей части схемы.
Вот принципиальная схема управляющей части и драйвера (control and driver).
Кликните по картинке. Рисунок схемы откроется в новом окне. Так будет удобнее более детально изучить схему.
Схема управления и драйвер.
Мозгом устройства можно считать микросхему ШИМ-контроллера. Именно она управляет работой мощных транзисторов и, так сказать, задаёт темп работы преобразователя. В зависимости от модели аппарата могут использоваться микросхемы ШИМ-контроллера типа UC3845AD (Tecnica 144-164) или VIPer20A (Tecnica 141-161, 150, 152, 170, 168GE). Микросхему ШИМ-контроллера легко найти на принципиальной схеме. Ну, а что в железе?
Далее на фото показана часть платы инвертора Telwin Force 165.
Обратимся к схеме.
По схеме микросхема ШИМ-контроллера U1 управляет работой полевого N-канального MOSFET-транзистора IRFD110 (Q4). Корпус у этого полевого транзистора довольно нестандартный (HEXDIP) – внешне похож на оптопару.
С вывода стока (D) транзистора Q4 на первичную обмотку разделителного трансформатора T1 поступают прямоугольные импульсы частотой около 65 кГц. У трансформатора T1 имеется 2 вторичные обмотки (3-4 и 5-6), с которых снимаются сигналы для управления мощными ключевыми транзисторами Q5, Q8 (см. схему силовой части).
Схема на транзисторах Q6, Q7 и "обвязка" этих транзисторов нужна для правильной работы ключевых транзисторов Q5, Q8. Транзисторы Q6, Q7 в основном помогают транзисторам Q5, Q8 закрываться. Как мы уже знаем из первой части, в качестве транзисторов Q5, Q8 используются либо IGBT-транзисторы, либо MOSFET. А это накладывает некоторые требования на процесс управления ими.
Стабилитроны D16, D17, D29, D30 (на 18V) защищают IGBT-транзисторы от превышения допустимого напряжения между затвором (G) и эмиттером (E).
Цепи регулировки и контроля.
На печатной плате сварочного инвертора «TELWIN Force 165» можно обнаружить занятную деталь – трансформатор тока T2.
Эта деталь участвует в работе анализатора-ограничителя тока. По принципиальной схеме видно, что трансформатор тока включен в цепь первичной обмотки трансформатора T3. За счёт индукции электромагнитного поля в трансформаторе тока T2 наводится переменное напряжение. Далее это напряжение выпрямляется и ограничивается схемой на элементах D2, D4, R49, R25,R15, R9, R3, R20, R10. За счёт этой схемы контролируется сила тока в первичной обмотке трансформатора T3, а сигналы, полученные от неё, участвуют в работе «задатчика» сварочного тока и генератора импульсов на микросхеме U1.
Схема контроля напряжения сети и выходного напряжения.
Для контроля напряжения в электросети, а также выходного напряжения (OUT+, OUT-) сварочного аппарата используется схема, состоящая из элементов операционного усилителя (ОУ) на микросхеме LM324: U2A и U2B.
Элементы делителя R1, R5, R14, R19, R24, R29, R36 и R38 подключены к входному сетевому выпрямителю и служат для обнаружения завышенного или заниженного напряжения в электросети.
На элементе U2C операционного усилителя LM324 выполнен суммирующий блок. Он складывает сигналы защиты по напряжению и току. Результирующий сигнал подаётся на задающий генератор импульсов – ШИМ контроллер (UC3845AD). При аварии, схема защиты и контроля подаёт сигнал на суммирующий блок. Он в свою очередь блокирует работу генератора, а, следовательно, и всей схемы.
Выходное напряжение снимается с выходов «OUT+», «OUT-» и через элемент гальванической развязки – оптрон ISO1 (H11817B), поступает в схему контроля (U2A, U2B). Так осуществляется отслеживание параметров выходного напряжения.
В случае если напряжение в электросети завышено или занижено, сработает компаратор на элементе U2A и подаст сигнал на транзистор Q1 (BC807) через делитель на резисторах R12, R11. Транзистор Q1 откроется и закоротит на корпус (общий провод) вход 10 элемента U2C. Это приведёт к блокировке работы микросхемы U1 – генератора задающих импульсов. Схема выключится.
Одновременно с этим, за счёт подачи напряжения с выхода 1 компаратора U2A засветится жёлтый светодиод D12 (Giallo – "жёлтый"), указывающий на то, что в схеме неисправность или есть проблемы с сетевым питанием. Светодиод D12 показан на силовой части схемы и подключен к CN1-1. Таким же образом сработает схема, если на выходе выпрямителя (OUT+, OUT-) параметры выйдут за рамки установленных. Такое может произойти, например, при неисправностях выпрямительных диодов или если выйдут из строя детали узла контроля – оптрон ISO1 или элементы его «обвязки», полупроводниковый диод D25, стабилитрон D15, резисторы R57, R52, R51, R50 и электролитический конденсатор C29.
О других элементах схемы.
Биполярный транзистор Q9 подаёт напряжение питания на микросхему ШИМ-контроллера U1 (UC3845AD). Этот транзистор управляется элементом операционного усилителя U2B. На вывод 6 U2B подаётся напряжение с делителя на резисторах R64, R39 (см. схему силовой части). Если напряжение с делителя поступает, то U2B подаёт сигнал на транзистор Q9, который открывается и подаёт напряжение на микросхему U1.
Можно сказать, что эта схема участвует в запуске мощного инвертора, так как именно она подаёт питание на управляющий инвертором ШИМ-контроллер.
Ручная установка сварочного тока осуществляется переменным резистором R23.
Ручка резистора выводится на панель управления аппарата.
Также в цепи регулировки задействованы резисторы R73, R74, R21, R66, R68, R13 и конденсатор C14. Напряжение с цепи ручной регулировки поступает на 10 вывод элемента U2C суммирующего блока.
Как уже говорилось, сварочный инвертор имеет в своём составе множество регулирующих, контролирующих и защитных цепей. Все они нужны для штатной работы аппарата, а также защищают силовые элементы инвертора в случае аварийного режима.
Теперь, когда мы разобрались в работе сварочного инвертора пора рассказать о реальном примере ремонта сварочного инвертора «TELWIN Force 165». Об этом читайте здесь.
Устройство сварочного инвертора
В настоящее время стали очень популярны и доступны по цене сварочные аппараты инверторного типа.
Несмотря на свои положительные качества, они, как и любое другое электронное устройство, временами выходит из строя.
Чтобы отремонтировать инвертор сварочного аппарата нужно хотя бы поверхностно знать его устройство и основные функциональные блоки.
В первых двух частях будет рассказано об устройстве сварочного аппарата модели TELWIN Tecnica 144-164. В третьей части будет рассмотрен пример реального ремонта сварочного инвертора модели TELWIN Force 165. Информация будет полезна всем тем начинающим радиолюбителям, которые хотели бы научиться самостоятельно ремонтировать сварочные аппараты инверторного типа.
Дальше будет много букв – наберитесь терпения .
Сам инверторный сварочный аппарат представляет не что иное, как довольно мощный блок питания. По принципу действия он очень схож с импульсными блоками питания, например, компьютерными блоками питания AT и ATX. Вы спросите: «Чем они похожи? Это ведь абсолютно разные устройства…». Схожесть заключается в принципе преобразования энергии.
Основные этапы преобразования энергии в инверторном сварочном аппарате:
1. Выпрямление переменного напряжения электросети 220V;
2. Преобразование постоянного напряжения в переменное высокой частоты;
3. Понижение высокочастотного напряжения;
4. Выпрямление пониженного высокочастотного напряжения.
Это кратко, так сказать, на пальцах . Такие же преобразования происходят в импульсных блоках питания для ПК.
Спрашивается, а зачем нужны эти пляски с бубном (несколько ступеней преобразования напряжения и тока)? А дело тут вот в чём.
Ранее основным элементом сварочного аппарата являлся мощный силовой трансформатор. Он понижал переменное напряжение электросети и позволял получать от вторичной обмотки огромные токи (десятки – сотни ампер), необходимых для сварки. Как известно, если понизить напряжение на вторичной обмотке трансформатора, то можно во столько же раз увеличить ток, который может отдать нагрузке вторичная обмотка. При этом уменьшается число витков вторичной обмотки, но и растёт диаметр обмоточного провода.
Из-за своей высокой мощности, трансформаторы, которые работают на частоте 50 Гц (такова частота переменного тока электросети), имеют весьма большие размеры и вес.
Чтобы устранить этот недостаток были разработаны инверторные сварочные аппараты. За счёт увеличения рабочей частоты до 60-80 кГц и более, удалось уменьшить габариты, а, следовательно, и вес трансформатора. За счёт увеличения рабочей частоты преобразования в 4 раза удаётся снизить габариты трансформатора в 2 раза. А это приводит к уменьшению веса сварочного аппарата, а также к экономии меди и других материалов на изготовление трансформатора.
Но где взять эти самые 60-80 кГц, если частота переменного тока электросети всего 50 Гц? Тут на выручку приходит инверторная схема, которая состоит из мощных ключевых транзисторов, которые переключаются с частотой 60-80 кГц. Но чтобы транзисторы работали, необходимо подать на них постоянное напряжение. Его получают от выпрямителя. Напряжение электросети выпрямляется мощным диодным мостом и сглаживается фильтрующими конденсаторами. В результате на выходе выпрямителя и фильтра получается постоянное напряжение величиной более 220 вольт. Это первая ступень преобразования.
Вот это напряжение и служит источником питания для инверторной схемы. Мощные транзисторы инвертора подключены к понижающему трансформатору. Как уже говорилось, транзисторы переключаются с огромной частотой в 60-80 кГц, а, следовательно, трансформатор работает также на этой частоте. Но, как уже говорилось, для работы на высоких частотах требуются менее громоздкие трансформаторы, ведь частота то уже не 50 Гц, а все 65000 Гц! В результате трансформатор «сжимается» до весьма малых размеров, а мощность его такая же, как и у здоровенного собрата, который работает на частоте 50 Гц. Думаю, идея понятна.
Вся эта петрушка с преобразованием привела к тому, что в схемотехнике сварочного аппарата появляется куча всяких дополнительных элементов, служащих для того, чтобы аппарат стабильно работал. Но, хватить теории, перейдём к "мясу", а точнее к реальному железу и тому, как оно устроено.
Устройство сварочного аппарата инверторного типа. Часть 1. Силовой блок.
Разбираться в устройстве сварочного инвертора желательно по схеме конкретного аппарата. К сожалению, схемы на TELWIN Force 165 я не нашёл, поэтому нагло позаимствуем схему из руководства по ремонту другого аппарата – TELWIN Tecnica 144-164. Фотографии аппарата и его начинки будут от TELWIN Force 165, так как именно он оказался в моём распоряжении. Исходя из анализа схемотехники и элементной базы, особых отличий между этими моделями практически нет, если не учитывать мелочи.
Внешний вид платы сварки TELWIN Force 165 с указанием расположения некоторых элементов схемы.
Принципиальная схема сварочного аппарата инверторного типа TELWIN Tecnica 144-164 состоит из двух основных частей: силовой и управляющей.
Сначала разберёмся в схемотехнике силовой части. Вот схема. Картинка кликабельна (нажмите для увеличения – откроется в новом окне).
Сетевой выпрямитель.
Как уже говорилось, сначала переменный ток электросети 220V выпрямляется мощным диодным мостом и фильтруется электролитическими конденсаторами. Это нужно для того, чтобы переменный ток электросети частотой 50 герц стал постоянным. Конденсаторы С21, С22 нужны для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, которые всегда присутствуют после диодного выпрямителя. Выпрямитель реализован по классической схеме диодный мост. Он выполнен на диодной сборке PD1.
Следует знать, что на конденсаторах фильтра напряжение будет больше в 1,41 раза, чем на выходе диодного моста. Таким образом, если после диодного моста мы получим 220V пульсирующего напряжения, то на конденсаторах будет уже 310V постоянного напряжения (220V * 1,41 = 310,2V). Обычно же рабочее напряжение ограничивается отметкой в 250V (напряжение в сети ведь может быть и завышенным). Тогда на выходе фильтра мы получим все 350V. Именно поэтому конденсаторы имеют рабочее напряжение 400V, с запасом.
На печатной плате сварочного аппарата TELWIN Force 165 элементы сетевого выпрямителя занимают довольно большую площадь (см. фото выше). Выпрямительный диодный мост установлен на охлаждающий радиатор. Через диодную сборку протекают большие токи и диоды, естественно, нагреваются. Для защиты диодного моста на радиаторе установлен термопредохранитель, который размыкается при превышении температуры радиатора выше 90С°. Это элемент защиты.
В выпрямителе применяются диодные сборки (диодный мост) типа GBPC3508 или аналогичный. Сборка GBPC3508 рассчитана на прямой ток (I0) - 35А, обратное напряжение (VR) - 800V.
После диодного моста установлены два электролитических конденсатора (здоровенькие бочонки) ёмкостью 680 микрофарад каждый и рабочим напряжением 400V. Ёмкость конденсаторов зависит от модели аппарата. В модели TELWIN Tecnica 144 – 470 мкф., а в TELWIN Tecnica 164 – 680 мкф. Постоянное напряжение с выпрямителя и фильтра подаётся на инвертор.
Помеховый фильтр.
Для того чтобы высокочастотные помехи, которые возникают из-за работы мощного инвертора, не попадали в электросеть, перед выпрямителем устанавливается фильтр ЭМС – электромагнитной совместимости. На английский манер аббревиатура ЭМС обозначается как EMC (ElectroMagnetic Compatibility). Если взглянуть на схему, то фильтр EMC состоит из элементов С1, C8, C15 и дросселя на кольцевом магнитопроводе T4.
Инвертор.
Схема инвертора собрана по схеме так называемого "косого моста". В нём используется два мощных ключевых транзистора. В сварочном инверторе ключевыми транзисторами могут быть как IGBT-транзисторы, так и MOSFET. Например, в моделях Telwin Tecnica 141-161 и 144-164 используются IGBT-транзисторы (HGTG20N60A4, HGTG30N60A4), а в модели Telwin Force 165 применены высоковольтные MOSFET-транзисторы (FCA47N60F). Оба ключевых транзистора устанавливаются на радиатор для отвода тепла. Фото одного из двух транзисторов MOSFET типа FCA47N60F на плате TELWIN Force 165.
Снова взглянем на принципиальную схему и найдём на ней элементы инвертора.
Постоянное напряжение коммутируется транзисторами Q5 и Q8 через обмотку импульсного трансформатора T3 с частотой гораздо большей, чем частота электросети. Частота переключений может составлять несколько десятков килогерц! По сути, создаётся переменный ток, как и в электросети, но только он имеет частоту в несколько десятков килогерц и прямоугольную форму.
Для защиты транзисторов от опасных выбросов напряжения используются демпфирующие RC-цепи R46C25, R63C30.
Для понижения напряжения используется высокочастотный трансформатор T3. С помощью транзисторов Q5, Q8 через первичную обмотку трансформатора T3 (обмотка 1-2) коммутируется напряжение, которое поступает от сетевого выпрямителя (DC+, DC-). Это то самое постоянное напряжение в 310 – 350V, которое было получено на первом этапе преобразования.
За счёт коммутирующих транзисторов постоянное напряжение преобразуется в переменное. Как известно, трансформаторы постоянный ток не преобразуют. Со вторичной обмотки трансформатора T3 (обмотка 5-6) снимается уже намного меньшее напряжение (около 60-70 вольт), но максимальный ток может достигать 120 – 130 ампер! В этом и заключается основная роль трансформатора T3. Через первичную обмотку течёт небольшой ток, но большого напряжения. Со вторичной обмотки уже снимается малое напряжение, но большой ток.
Размеры этого самого трансформатора невелики.
Его вторичная обмотка выполнена несколькими витками ленточного медного провода в изоляции. Сечение провода внушительное, да и не мудрено, ток в обмотке может достигать 130 ампер!
Далее со вторичной обмотки импульсного трансформатора переменный ток высокой частоты выпрямляется мощными диодными выпрямителями. С выхода выпрямителя (OUT+, OUT-) снимается электрический ток с нужными параметрами. Это и необходимо для проведения сварочных работ.
Выходной выпрямитель.
Выходной выпрямитель собран на базе мощных сдвоенных диодов с общим катодом (D32, D33, D34). Эти диоды обладают высоким быстродействием, т. е. они могут быстро открываться и также быстро закрываться. Время восстановления trr < 50 ns (50 наносекунд).
Это свойство очень важно, поскольку они выпрямляют переменный ток высокой частоты (десятки килогерц). Обычные выпрямительные диоды с такой задачей бы не справились – они бы просто не успевали открываться и закрываться, нагревались и выходили бы из строя. Поэтому в случае ремонта заменять диоды в выходном выпрямителе следует именно быстродействующими.
В выпрямителе используются сдвоенные диоды марок STTH6003CW, FFH30US30DN, VS-60CPH03 (с ними мы ещё встретимся ). Все эти диоды являются аналогами, рассчитаны на прямой ток 30 ампер на один диод (60 ампер на оба) и обратное напряжение 300 вольт. Устанавливаются на радиатор.
Для защиты диодов выпрямителя используется демпфирующая RC-цепочка R60C32 (см. схему силовой части).
Схема запуска и реализация «мягкого пуска».
Для питания микросхем и элементов, которые расположены на плате управления, используется интегральный стабилизатор на 15 вольт – LM7815A. Он установлен на радиатор. Напряжение питания на стабилизатор поступает с основного выпрямителя PD1 через два последовательно включенных резистора R18, R35 (6,8 кОм 5W). Эти резисторы понижают напряжение и участвуют при запуске схемы.
Напряжение +15 со стабилизатора U3 (LM7815A) поступает на управляющую схему. Далее, когда схема управления и драйвер «раскачали» мощную схему инвертора, то на дополнительной вторичной обмотке трансформатора T3 (обмотка 3-4) появляется напряжение, которое выпрямляется диодом D11.
Через диод D9 напряжение питания поступает на интегральный стабилизатор LM7815A и теперь схема «запитывает» как бы сама себя. Вот такой вот хитрый «приём».
Выпрямленное напряжение после диода D11 также служит для питания реле RL1, охлаждающего вентилятора V1 и индикаторного светодиода D10 (Verde – "Зелёный"). Резисторы R40, R41, R65, R37 гасят излишки напряжения. Для стабилизации напряжения питания вентилятора V1 (12V) применяется 5-ти ваттный стабилитрон D36 на 12V.
Реле RL1 обеспечивает плавный запуск инвертора («мягкий пуск»). Разберёмся с этим подробнее.
В момент включения сварочного аппарата начинается заряд электролитических конденсаторов. В самом начале зарядный ток очень велик и может вызвать перегрев и выход из строя диодов выпрямителя. Чтобы уберечь диодную сборку от повреждения зарядным током применяется схема ограничения заряда (или «мягкого пуска»). Взглянем на схему.
Основным элементом схемы «мягкого пуска» служит резистор R4, мощность которого 8W (8 ватт). Сопротивление резистора – 47 ом. Именно на него возложена роль ограничения зарядного тока в первые моменты после включения.
После того, как заряд конденсаторов закончился, а инвертор начал работу в штатном режиме, электромагнитного реле RL1 замыкает контакты. Контакты реле шунтируют резистор R4, и в дальнейшем он не участвует в работе схемы, так как весь ток проходит через контакты реле. Таким образом реализован плавный запуск.
На плате инвертора TELWIN Force 165 также можно найти элементы схемы «мягкого пуска». В качестве реле RL1 выступает электромагнитное реле модели Finder на рабочее напряжение 24V (параметры контактов реле – 16A 250V~).
Итак, мы узнали о том, что сварочный инвертор состоит из сетевого выпрямителя 220V, мощного инвертора на транзисторах, понижающего трансформатора и выходного выпрямителя. Это силовые части схемы. Через них протекают огромные токи. Но где же «мозги» этого устройства? Кто управляет работой инвертора?
Схема плавного пуска сварочного инвертора
СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ СВОИМИ РУКАМИ
СБОРКА МОЩНОГО БЛОКА ПИТАНИЯ ПО СХЕМОТЕХНИКЕ СВАРОЧНОГО АППАРАТА
Откровенно говоря сразу убивать не дешевые силовые транзисторы не захотелось, поэтому было принято решение собрать некий примежуточный вариант, в котором используется тот же принцип работы, но более дешевая элементная база. Ну а чтобы сохранить вероятность дальнейшего использования данного вариант было решено собрать блок питания, но ввести в него некоторые функции, которые позволят его использовать как пуско-зарядное устройство для автомоблиля.
Принципиальная схема данного пуско-зарядного устройства приведена ниже:
В качестве донора моточных деталей и блока питания будет использоваться блок питания от тюнера Триколор. Основных видов данного блока питания два - с вертикальным и горизонтальным расположением трансформатора. В обоих случаях используется микросхема FSDM0365RN, маркируется как DM0365.
У меня с горизонатльным трансформатором больше, поэтому буду использовать их. Прежде всего блок питания будет выступать в роли блока питания для схемы управления, поскольку данный БП оснащен всем необходимым для надежной долгосрочной работы. Единственно, что нужно сделать это проверить исправность электролитов, а еще лучше поменять их на новые. Ну и разумеется перемотать трансформатор. Я решил намотать две обмотки - одна для питания UC3845, вторая - для питания вентилятора принудительного охлаждения.
Более подробно об этом блок питания можно посмотреть здесь:
Архив с печатной платой и схемой можно взять ЗДЕСЬ.
Кроме самого БП использую еще два таких же трансформатора. Первый пойдет на изготовление трансформатора управления, второй - трансформатор тока. Кстати сказать, по ходу подготовки сердечников к намотке решил проверить один вопрос, который частенько видел в интернете и которым сам задавался не единожды - ЧТО ПРОИСХОДИТ С ФЕРРИТОМ ВО ВРЕМЯ НАГРЕВА.
Ответ на этот вопрос в видео ниже:
По поводу управляющего трансформатора тоже есть некоторые не состыковки с оригинальной схемой - он значительно больше. Я намеренно взял такой "огромный" трансформатор. Ну во первых у меня их много, во вторых найти их не составит труда даже Вам, в третьих - запас по габаритной мощности должен позволить избавится от драйверных транзисторов - на затворы и MOSFET и IGBT можно подавать отрицательное напряжение для ускорения закрытия. Вот этой особенностью я и хочу воспользоваться.
В оригинальном блоке питания на DM0365 для стабилизации 15 вольт выходного напряжения требуется 18 витков, трансформатор работает на частоте 67 кГц, выходное напряжение сохранятеся вплоть до 150 вольт входного, следовательно трансформатор намотан с ОГОРОМНЫМ запасом. Можно конечно воспользоваться программой Динисенко, но решил намотать "на галазок" 4 обмотки по 30 вольт.
Намотка первичной осуществлялась сразу двойным проводом 0,35 мм виток к витку, затем было вызвонены начало-конец обмоток и они соединялись последовательно. Затем слой изоляции и намотка вторичных обмоток, так же с межслойной изоляцией. Размеется, что все обмотки мотались в одну сторону. Единственно, что не было сделано - момечено где начало на вторичках, но это проблемой не будет. Дело в том, что на плате управления выхода с управляющего трансформатора одинаковы и нагружены только на резистор. Выяснить какой вывод должен идти на затвор силового транзистора можно при помощи осциллографа.
СБОРКА БЛОКА ПИТАНИЯ ДЛЯ БЛОКА ПИТАНИЯ.
Монтаж элементов на плату лучше осуществлять в 2 этапа. На первом этапе устанавливаются все элементы, относящиеся к блоку питания контроллера. Блок питания проверяется до того, как у него появится "потребитель".
Сразу следует отметить, что однотактыне преобразователи напряжения ОЧЕНЬ не любят оставаться без нагрузки и выходное напряжение может быть не очень то стабильным. И колебания эти могут достигать 0,2..0,4 вольта.
Это вызвано тем, что выходное напряжение успевает поднятся до такой величины, что влияние ОС буквально останавливает микросхему и на трансформатор перестает подаваться напряжение. На фото ниже показаны осциллограммы на выходе трансформатора блока питания с очень маленькой нагрузкой:
Тут следует поделится опытом - при намотке трансформатора я попутал начало-конец вспомогательной обмотки вторичного питания. На схеме эта обмотка не обозначена, но на плате она есть и предназначена она для питания вентилятора принудительного охлаждения. Я ее на всякий случай решил внести в схему, если вдруг внутри корпуса будет жарковато. Как следствие такой не внимательности пока я соображал почему блок питания стартует и тутже уходит в защиту от перегрузки у меня стрельнул конденсатор на 25 вольт. Именно тогда меня и посетила мысль о том, что я что то перемудрил с обмотками. "Крокодил" ослиллографа установил на минусовой вывод, а шупом стал на вывод трансформатора до диода. Действительно обмотка с неправильной фазировкой и на конденсатор подавалось порядка 50-ти вольт. Было бы глупо ему не стрельнуть. Для наглядности ниже приведены фото осциллограмм при правильной фазировке и не правильной. Измерения относительно минусового вывода:
Но в любом случае стабилизация выходного напряжения будет осуществляться не линейно, а пакетами импульсов. Именно поэтому на выходе блоков питания с использованием этой микросхемы обязательно должен стоять дроссель и довольно большой емкости электролит.
Удержаться от опыта имея уже запаянную плату конечно же довольно трудно. Поэтому к выводу 1 был подпаян переменный резистор на 1 кОм и в результате на выходе микросхемы получились вот такие осциллограммы:
В принципе, если использовать вариант стабилизации, предложенный на схеме выше, то конечно же он работать будет, причем выходное напряжение будет гораздо стабильней, чем при стабилизации пакетами импульсов, но лично меня все равно смущает то, что на выход услителя в наглую подается "земля". Я оставлял это добро во включенном состоянии на 30 минут - ни чего не нагрелось, не слетело, т.е. как бы это можно использовать. Но осадок не понимания остался.
ПРОВЕРКА УПРАВЛЯЮЩЕГО ТРАНСФОРМАТОРА
При работающем контроллере на затвор управляющего транзистора приходит напряжение следующей формы:
На управляющем трансформаторе, на первичной обмотке амплитуда напряжения достигает 30 вольт, поскольку после закрытия транзистора накопленная в сердечнике энергия меняет полярность напряжение и приложенные пятнадцать вольт во время открытия транзистора теперь добавляются к имеющимся пятнадцати вольтам напряжения питания, поскольку полярность напряжения самоиндукции обратно приложенному напряжению. Здесь стоит обратить внимание на то, что в конце этого вольтодобавочного скачка имеется ниспадающий участок, который как раз и говорит о том, что энергии в сердечнике больше нет - он полностью размагнитился. Если трансформатор нагрузить, то высота этой ниспадающей кривой уменьшится, а по времени она начнется раньше, ведь нагруженный трансформатор гораздо раньше избавится от накопленной энергии:
Тоже самое можно наблюдать и на вторичной обмотке, только напряжение теперь будет иметь переменное значение. В этом месте необходимо отметить, что на затвор силового транзистора как раз должно приходить напряжение прямоугольной формы, находящеяся в положительном полупериоде, т.е. тот вывод трансформатора к которому подключен щуп осциллографа. Вывод трансформатора к которому подключен "крокодил" должен идти на исток силового транзистора. В этом случае фазировка управляющего трансформатора правильная.
Тому, что дочитал до этих слов, но все равно мало что понял предлагаю видеовариант данной статьи:
Итак, подводим итоги проделанной работы:
UC3845 - контроллер, предназначенный для стабилизации тока широтно-импулсьной модуляцией, стабилизацию напряжения он может осуществлять только в преривисто-импульсном режиме, либо имитацией ШИМ. Данную имитацию можно организовать подавая "землю" на первый вывод микросхемы.
При перемотке трансформатора однотактного блока питания следует особое внимание уделять фазировке - даже приличный опыт в электронике не является гарантией ошибки.
Управляющий трансформатор на основе сердечника от Триколоровского БП работает замечательно и держит довольно приличную нагрузку. В паузах полностью успевает размагнитится, что говорит о возможности его использования как для можных блоков питания, так и для сварочных аппаратов.
Приступаем к подготовке моточных деталей к монтажу и проверяем на работоспососбность уже весь блок питания, но это уже в следующей серии, описание которой будет в
Представляю самый маленький, лёгкий и достаточно простой в повторении сварочный инвертор. Он позволяет проводить сварочные работы электродами диаметром до 3мм.
Характеристики инвертора
- Размеры (ДхШхВ) — 180х105х80;
- Вес — 1100 грамм;
- Ток — 80А, можно выжать до 100А;
- Ток холостого хода — 170-200мА;
- Напряжение холостго хода — 60 вольт.
Инвертор собран в корпусе компьютерного блока питания.
Из-за нехватки места в этом корпусе не удалось обеспечить хороший обдув радиаторов силовых компонентов, поэтому он не предназначен для долговременной работы, но спалить несколько электродов подряд с его помощью можно.
Делать инвертор с нуля достаточно дорого, хорошие оригинальные детали дорогие, нужен опыт работы с импульсными источниками питания и в силовой электронике в целом, лучше и выгоднее купить заводской инвертор, а если решили собрать - то делайте полноразмерный инвертор и не скупитесь на охлаждении.
Схема инвертора
Данный сварочный инвертор — это однотактный прямоходовый преобразователь построенный на ШИМ контроллере UC3844. Выход микросхемы через драйвер управляет IGBT транзистором. Схема снабжена плавным пуском, защитой по перегреву. Обратная связь по току реализована через токовый трансформатор.
Инвертор собран на трёх платах:
- все силовые компоненты, трансформатор, дроссель, выпрямители, силовой транзистор и входная цепь размещены на материнской плате;
- схема управления;
- дежурный источник питания.
Схема управления
Больше половины компонентов, которые есть на схеме находятся на этой компактной печатной плате
В авторской версии вся схема собрана на одной плате, в моем же случае чтобы аппарат был максимально компактным управление перенес на отдельную плату. Она получилась очень компактная, меньше сделать крайне трудно если использовать выводные компоненты, а не смд. Монтаж очень плотный, на плате всего одна перемычка.
После сборки плата была проверена. На вход стабилизатора или диода подается напряжение около 30 вольт. База и эмиттер транзистора VT1 замыкаем между собой имитируя замкнутый термовыключатель, иначе сработает защита по перегреву и реле замкнет регулятор тока и как следствие микросхема перестанет вырабатывать последовательность импульсов. К выходу драйвера подключаем щуп осцилографа и наблюдаем красивый меандр с частотой порядка 30 кГц и заполнением около 44-х процентов. Проверяем защиту, убрав ранее установленную перемычку. Должно сработать реле, засветиться красный светодиод и заблокироваться работа микросхемы ШИМ. Плата управления готова, в дополнительной наладке эта часть не нуждается, если все собрано правильно, компоненты исправны и нет соплей на плате.
Исходная схема работает на частоте в 30 кГц, изначально хотел поднять ее, а также изменением соотношения количества витков обмоток снять с сердечника большую мощность, но конечные расчеты показали, что с сердечника даже при 30-и килогерцах спокойно можно взять мощность около 2-2,2кВт, а это где-то 80-90 Ампер тока, если учитывать просадку напряжения при сварке, примерно до 24-х вольт.
С учетом этого аппарат без проблем справляется с электродами в 3мм, но в моем агрегате для страховки максимальный ток ограничен на уровне 80 Ампер.
Силовой трансформатор
Так как сварочный аппарат планировался на небольшой выходной ток в районе 80 ампер, трансформатор покажется маленьким, но его хватает, хотя и работает он почти на пределе своих возможностей.
Схема однотактная и между половинками сердечника нужен немагнитный зазор 0,1-0,2мм, такой зазор без проблем можно сделать если использовать сердечник из двух половинок, например Ш-образный. Но проблема заключалась в том, что у меня в наличии не было такого сердечника с необходимой габаритной мощностью, единственные более менее хорошие сердечники были колцевого типа размером 47х26,5х15,5мм. Такой сердечник отлично будет работать в двухтактной схеме, в однотактной же нужен зазор.
Сначала делаем разметки, затем пилим сердечник, не полностью, пол миллиметра сполна хватит.
Далее устанавливаем сердечник на деревянные бруски примерно так, как это показано, по центру на месте пропила ставим металлический прут и аккуратно, но сильно бьем по нему молотком. В итоге получаем две ровные половинки. Далее берем чек от банкомата, нарезаем две полоски и приклеиваем на одну из половинок с помощью суперклея, клея много не надо.
Стягиваем половинки сердечника например каптоновым скотчем. В целом данный сердечник имеет изоляцию в виде краски, но дополнительная изоляция не будет лишней.
После мотаем первичную обмотку, в моем случае для намотки использован провод 1,2мм, расчет производился по программе, естественно в случае иных сердечников получим иные намоточные данные, поэтому количество витков указывать не вижу смысла. В данной схеме очень важно солблюдать начало намотки, на схеме они указаны точками, поэтому после намотки каждой из обмоток начала намотки желательно промаркировать.
Витки равномерно растянуты по всему кольцу, после намотки ставим изоляцию и мотаем фиксирующую обмотку.
Количество витков тоже самое, что и в случае первичной обмотки, но провод естественно тоньше, я использовал провод 0,3мм.
Мотать нужно так, чтобы витки фиксирующей обмотки находились между витками первичной обмотки.
После намотки фиксирующей обмотки опять ставим изоляцию и мотаем вторичную обмотку из 80 параллельных жил проводом 0,22мм. Жгут дополнительно изолирован каптоновым скотчем.
Трансформатор тока намотан на небольшом кольцевом ферритовом магнитопроводе, проницаемость сердечника 2400.
Сначала сердечник был изолирован каптоновым скотчем, затем намотана вторичная обмотка. Количество витков около 80, для намотки был использован провод с диаметром 0,24мм. Обмотка равномерно растянута по всему кольцу. Вторичная обмотка один виток двойным проводом по 1,2мм.
Для выходного дросселя в качестве сердечника взят тор размером 38,8х21х11,4 мм из порошкового железа. Кольцо имеет зелено синий окрас, специально предназначено для работы в качестве выходного дросселя.
Для намотки был использован жгут из 80 жил изолированных друг от друга проводов с диаметром 0,22мм каждая жила, то есть точно тоже самое, что и в случае вторичной обмотки трансформатора.
Индуктивность дросселя получилась около 35 микрогенри и этого мало, желательно индуктивность сделать в районе от 80 до 120 мкГн.
Выводы обмотки дросселя были очищены от лака, залужены.
Несколько слов о комплектующих
Реле в схеме плавного пуска полноразмерное 30-и амперное, как у больших инверторов, хотя плату изначально разрабатывал для установки более компактного реле.
Силовой IGBT транзистор, диоды в высоковольтной цепи преобразователя те, что по схеме, никаких отклонений.
В выходном выпрямителе использованы быстродействующие диодные сборки STTH6003. В одной такой сборке 2 диода с током в 30 ампер, катод общий, аноды также включены параллельно, в итоге получаем аналог 60-и амперного диода, обратное напряжение сборки 300 вольт.
Сборки установлены на общий радиатор, подложки не изолированы, т.к. катоды общие, выходной плюс снимается с радиатора.
Резистор в цепи плавного пуска на 5-10 ватт, сопротивление 10-30 Ом.
Дежурный блок питания
Это готовый источник питания универсального типа, который куплен на али и предназначен для работы в индукционных плитах в качестве дежурки, мощностью около 7 ватт.
Он выдает три напряжения: 5 вольт, 12 вольт и 18 вольт. Выходные напряжения задаются стабилитроном на 18 вольт. Этот стабилитрон я заменил на 24-х вольтовый, выкинул цепь 5 вольт, заменил некоторые конденсаторы на выходе на более высоковольтные и в итоге дежурка стала выдавать два напряжения: 15 вольт и 24 вольта.
Первое напряжение нужно для питания вентилятора, он у меня на 12 вольт, второе напряжение питает управление и реле. Такая дежурка имеет плавный пуск, защиту от коротких замыканий, построена всего на одной микросхеме.
Радиаторы охлаждения взяты от компьютерных блоков питания, с учетом наличия активного охлаждения и максимального тока сварки их хватает.
После сборки аппарат заработал сразу, без каких-либо отклонений. Первый запуск делался через страховочную лампу на 100 ватт, на осциллографе форма импульсов на всех обмотках правильная, напряжение холостого хода около 60Вольт.
Проверяем работу системы ограничения тока. Для начала ставим регулятор тока на минимум, цепляемся осциллографом на затвор силового транзистора и делаем короткое замыкание на выходе, видим, что длительность управляющих импульсов резко уменьшается, ток ограничивается, если этого не происходит, меняем местами начало и конец вторичной обмотки токового трансформатора.
Силовые дорожки на печатной плате дополнительно армированы медными лентами.
Выходные клеммы от мощного преобразователя 12-220 Вольт.
Для надёжности трансформаторы, дроссель и пара вертикальных плат были дополнительно приклеены к материнской плате с помощью эпоксидной смолы.
На балласте инвертор выдал честные 80 ампер, минимальный ток сделал в районе 20 ампер, при этом имеем уверенный розжиг дуги. Благодаря малому значению минимального тока можно сваривать даже тонкую жесть.
Читайте также: