Схема сварочного аппарата на двух диодах
Обновлено: 20.09.2024
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.
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:
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 10мм 2 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:
В связи с перегревом трансформатора во время работы, диоды могут быстро выйти со строя, поэтому им нужен принудительный отвод тепла.
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.
Особенность сборки диодного моста для сварочного аппарата
Диод – это полупроводниковый прибор, который обладает различной проводимостью в зависимости от прикладываемого напряжения. Имеет всего два вывода: анод и катод. При подаче прямого напряжения (на анод подается положительный потенциал по сравнению с катодом) он открыт. При подаче отрицательного напряжения он закрывается.
Эта особенность прибора широко используется в электротехнике, в частности диодный мост применяют для сварочного аппарата, чтобы выпрямлять переменный ток, улучшая качество сварки.
Основные характеристики
Главными параметрами, на которые обращают внимание при выборе выпрямителей для сварочных аппаратов, являются:
- максимально допустимое постоянное обратное напряжение;
- максимальный средний прямой ток за период;
- рабочая частота переключения;
- постоянное прямое напряжение при максимальном прямом токе;
- максимально допустимая температура корпуса.
Амплитуда бытовой сети составляет около 310 В, поэтому нужно использовать диоды с обратным напряжением 400 В и выше. Прямой ток жестко связан с мощностью прибора, и на него также обращают внимание. Рабочая частота показывает, в каком выпрямителе можно использовать полупроводник, применять его в сетевом или выходном блоке инвертора.
Прямое напряжение полупроводника характеризует мощность рассеяния на самом приборе. Это позволяет рассчитать размеры радиатора или системы охлаждения. Предельная температура корпуса сварочного аппарата дает возможность предусмотреть схему защиты от перегрева.
Применение в сварке
В любом трансформаторном сварочном аппарате постоянного тока или инверторе присутствуют силовые диоды. Они предназначены для выпрямления переменного тока. Для повышения коэффициента полезного действия диоды подключают по мостовой схеме, в этом случае оба полупериода приходятся на нагрузку.
В трансформаторном сварочном аппарате выпрямительные диоды устанавливают на выходе вторичной обмотки. Сварочное оборудование имеет понижающий трансформатор, соответственно, напряжение холостого хода значительно ниже входного, поэтому здесь требуются приборы большой мощности и низкой частоты. Для этого подойдут выпрямительные диоды В200 (максимальный ток 200А).
Для сварочного инвертора требуется два выпрямителя. Один располагается на входе источника питания. Он преобразует переменный ток 220 вольт 50 Гц в постоянный, который преобразуется в дальнейшем в переменный ток высокой частоты (40-80 кГц).
При мощности аппарата 5 кВт выпрямительные диоды должны иметь обратное напряжение 600-1000 В и средний прямой ток 25-35 А при частоте 50 Гц.
Второй выпрямитель располагается после высокочастотного трансформатора. Здесь требования другие. Максимальный прямой ток должен быть не менее 200 А на частоте 80 кГц, а обратное напряжение превышать напряжение холостого хода (60-70 В).
В любом случае используются диоды из категории мощных, с площадкой для монтажа радиатора, поскольку без отведения тепла устройство быстро сгорит.
Особенность выпрямителей
Выпрямитель для сварочного аппарата выполняется по мостовой схеме. При изготовлении сварочного аппарата своими руками и применении диодов В200 нужно учитывать, что их корпус находится под напряжением.
Поэтому когда выпрямитель устанавливают на радиатор, он должен быть изолирован от остальных элементов схемы, от корпуса прибора и от соседних диодов тоже. А это создает определенные неудобства для сварщика.
Приходится использовать более крупный корпус. Для уменьшения габаритов аппарата применяют выпрямительный прибор ВЛ200, который имеет другую полярность. Это позволяет объединить полупроводники на два парных радиатора.
В последние годы стали выпускать довольно мощные диодные мосты в одном корпусе. По размерам такая конструкция из диодов примерно соответствует спичечному коробку, имеет площадку для посадки радиатора, максимальный прямой ток 30-50 А. Диодная сборка имеет значительно меньшую стоимость по сравнению с диодами В200.
Если по работе устройства требуется более мощный мост, то эту проблему можно легко решить, используя параллельное подключение мостовых сборок. Однако их надежность в таком случае будет ниже, чем у одиночных мощных диодов.
Установка
При использовании параллельной схемы соединения диодных мостов необходимо учитывать, что все они имеют некоторый разброс по параметрам.
Поэтому при подборе элементов необходимо делать это с некоторым запасом прочности. При соблюдении этого требования для сварочного аппарата можно получить диодный мост более компактный, чем при использовании одиночных диодов.
Диодные сборки позволяют размещать их на одном радиаторе, так как корпусы не находятся под напряжением. Это позволяет монтировать их в любом месте, и даже снаружи.
В зависимости от требуемого сварочного тока для выпрямителя могут потребоваться от 3 до 5 диодных сборок. Для лучшей теплоотдачи диодные мосты устанавливаются на радиатор через теплопроводящую пасту.
К контактам проводники рекомендуется подсоединяться пайкой, в противном случае могут быть потери мощности в месте контакта и его сильный нагрев.
Применение на практике
Для примера, рассмотрим инверторный аппарат TELWIN Force 165. Во входном выпрямителе используются диодные сборки GBPC3508. Выпрямительный мост GBPC3508 может работать с током 35 А, обратное напряжение – 800 В.
С ним вместе идет обязательно сглаживающий фильтр из конденсаторов большой емкости. Кроме этого имеется фильтр электромагнитной совместимости, который не пропускает помехи от инвертора в бытовую сеть.
На выходе инвертора используются мощные сдвоенные диоды с общим катодом. Они имеют высокое быстродействие в отличие от диодов расположенных на входе устройства.
Благодаря малому времени восстановления, менее 50 наносекунд, приборы успевают переключать высокочастотный ток на выходе вторичной обмотки.
В данном приборе используются сдвоенные диоды марок STTH6003CW, FFH30US30DN или VS-60CPH03, рассчитаны на прямой ток 30 ампер на один прибор (60 ампер на оба) и обратное напряжение 300 вольт.
Устанавливаются на радиатор. Для защиты полупроводников от перегрузки используется RC фильтр. Схема управления требует стабильный источник питания без бросков напряжения.
Для этого в приборе предусмотрены стабилитроны или уже готовый интегральный стабилизатор, которые обеспечивают стабильное питание на микросхемах управления. В результате получается компактное устройство, позволяющее качественно варить металл.
Сварочный инвертор своими руками
Вашему вниманию представлена схема сварочного инвертора, который вы можете собрать своими руками. Максимальный потребляемый ток - 32 ампера, 220 вольт. Ток сварки - около 250 ампер, что позволяет без проблем варить электродом 5-кой, длина дуги 1 см, переходящим больше 1 см в низкотемпературную плазму. КПД источника на уровне магазинных, а может и лучше (имеется в виду инверторные).
На рисунке 1 приведена схема блока питания для сварочного.
Трансформатор намотан на феррите Ш7х7 или 8х8
Первичка имеет 100 витков провода ПЭВ 0.3мм
Вторичка 2 имеет 15 витков провода ПЭВ 1мм
Вторичка 3 имеет 15 витков ПЭВ 0.2мм
Вторичка 4 и 5 по 20 витков провода ПЭВ 0.35мм
Все обмотки необходимо мотать во всю ширину каркаса, это дает ощутимо более стабильное напряжение.
На рисунке 2 - схема сварочника. Частота - 41 кГц, но можно попробовать и 55 кГц. Трансформатор на 55кгц тогда 9 витков на 3 витка, для увеличения ПВ трансформатора.
Трансформатор на 41кгц - два комплекта Ш20х28 2000нм, зазор 0.05мм, газета прокладка, 12вит х 4вит, 10кв мм х 30 кв мм, медной лентой (жесть) в бумаге. Обмотки трансформатора сделаны из медной жести толщиной 0.25 мм шириной 40мм обернутые для изоляции в бумагу от кассового аппарата. Вторичка делается из трех слоев жести (бутерброд) разделенных между собой фторопластовой лентой, для изоляции между собой, для лучшей проводимости высоко- частотных токов, контактные концы вторички на выходе трансформатора спаяны вместе.
Дроссель L2 намотан на сердечнике Ш20х28, феррит 2000нм, 5 витков, 25 кв.мм, зазор 0.15 - 0.5мм (два слоя бумаги от принтера). Токовый трансформатор – датчик тока два кольца К30х18х7 первичка продетый провод через кольцо, вторичка 85 витков провод толщиной 0.5мм.
Сборка сварочного
Намотка трансформатора
Намотку трансформатора нужно делать с помощью медной жести толщиной 0.3мм и шириной 40мм, ее нужно обернуть термобумагой от кассового аппарата толщиной 0.05мм, эта бумага прочная и не так рвется как обычная при намотке трансформатора.
Вы скажите, а почему не намотать обычным толстым проводом, а нельзя потому что этот трансформатор работает на высокочастотных токах и эти токи вытесняются на поверхность проводника и середину толстого провода не задействует, что приводит к нагреву, называется это явление Скин эффект!
И с ним надо бороться, просто надо делать проводник с большой поверхностью, вот тонкая медная жесть этим и обладает она имеет большую поверхность по которой идет ток, а вторичная обмотка должна состоять из бутерброда трех медных лент разделенных фторопластовой пленкой, она тоньше и обернуты все эти слои в термобумагу. Эта бумага обладает свойством темнеть при нагреве, нам это не надо и плохо, от этого не будет пускай так и останется главное, что не рвется.
Можно намотать обмотки проводом ПЭВ сечением 0.5…0.7мм состоящих из нескольких десятков жил, но это хуже, так как провода круглые и состыкуются между собой с воздушными зазорами, которые замедляют теплообмен и имеют меньшую общую площадь сечения проводов вместе взятых в сравнении с жестью на 30%, которая может влезть окна ферритового сердечника.
У трансформатора греется не феррит, а обмотка поэтому нужно следовать этим рекомендациям.
Трансформатор и вся конструкция должны обдуваться внутри корпуса вентилятором на 220 вольт 0.13 ампера или больше.
Конструкция
Для охлаждения всех мощных компонентов хорошо использовать радиаторы с вентиляторами от старых компьютеров Pentium 4 и Athlon 64. Мне эти радиаторы достались из компьютерного магазина делающего модернизацию, всего по 3…4$ за штуку.
Силовой косой мост нужно делать на двух таких радиаторах, верхняя часть моста на одном, нижняя часть на другом. Прикрутить на эти радиаторы диоды моста HFA30 и HFA25 через слюдяную прокладку. IRG4PC50W нужно прикручивать без слюды через теплопроводящую пасту КТП8.
Выводы диодов и транзисторов нужно прикрутить на встречу друг другу на обоих радиаторах, а между выводами и двумя радиаторами вставить плату, соединяющею цепи питания 300вольт с деталями моста.
На схеме не указано нужно на эту плату в питание 300V припаять 12…14 штук конденсаторов по 0.15мк 630 вольт. Это нужно, чтобы выбросы трансформатора уходили в цепь питания, ликвидируя резонансные выбросы тока силовых ключей от трансформатора.
Остальная часть моста соединяется между собой навесным монтажом проводниками не большой длины.
Настройка
Подать питание на ШИМ 15вольт и хотя бы на один вентилятор для разряда емкости С6 контролирующую время срабатывания реле.
Реле К1 нужно для замыкания резистора R11, после того, когда зарядятся конденсаторы С9…12 через резистор R11 который уменьшает всплеск тока при включении сварочного в сеть 220вольт.
Без резистора R11 на прямую, при включении получился бы большой БАХ во время зарядки емкости 3000мк 400V, для этого эта мера и нужна.
Проверить срабатывание реле замыкающие резистор R11 через 2…10 секунд после подачи питания на плату ШИМ.
Проверить плату ШИМ на присутствие прямоугольных импульсов идущих к оптронам HCPL3120 после срабатывания обоих реле К1 и К2.
Ширина импульсов должна быть шириной относительно нулевой паузе 44% нулевая 66%
Проверить драйвера на оптронах и усилителях ведущих прямоугольный сигнал амплитудой 15вольт убедится в том, что напряжение на IGBT затворах не превышает 16вольт.
Подать питание 15 Вольт на мост для проверки его работы на правильность изготовления моста.
Ток потребления при этом не должен превышать 100мА на холостом ходу.
Убедится в правильной фразировке обмоток силового трансформатора и трансформатора тока с помощью двух лучевого осциллографа .
Один луч осциллографа на первичке, второй на вторичке, чтобы фазы импульсов были одинаковые, разница только в напряжении обмоток.
Подать на мост питание от силовых конденсаторов С9…С12 через лампочку 220вольт 150..200ватт предварительно установив частоту ШИМ 55кГц подключить осциллограф на коллектор эмиттер нижнего IGBT транзистора посмотреть на форму сигнала, чтобы не было всплесков напряжения выше 330 вольт как обычно.
Начать понижать тактовую частоту ШИМ до появления на нижнем ключе IGBT маленького загиба говорящем о перенасыщении трансформатора, записать эту частоту на которой произошел загиб поделить ее на 2 и результат прибавить к частоте перенасыщения, например перенасыщение 30кГц делим на 2 = 15 и 30+15=45, 45 это и есть рабочая частота трансформатора и ШИМа.
Ток потребления моста должен быть около 150ма и лампочка должна еле светиться, если она светится очень ярко, это говорит о пробое обмоток трансформатора или не правильно собранном мосте.
Подключить к выходу сварочного провода длиной не мене 2 метров для создания добавочной индуктивности выхода.
Подать питание на мост уже через чайник 2200ватт, а на лампочку установить силу тока на ШИМ минимум R3 ближе к резистору R5, замкнуть выход сварочного проконтролировать напряжение на нижнем ключе моста, чтобы было не более 360вольт по осциллографу, при этом не должно быть ни какого шума от трансформатора. Если он есть - убедиться в правильной фазировке трансформатора -датчика тока пропустить провод в обратную сторону через кольцо.
Если шум остался, то нужно расположить плату ШИМ и драйвера на оптронах подальше от источников помех в основном силовой трансформатор и дроссель L2 и силовые проводники.
Еще при сборке моста драйвера нужно устанавливать рядом с радиаторами моста над IGBT транзисторами и не ближе к резисторам R24 R25 на 3 сантиметра. Соединения выхода драйвера и затвора IGBT должны быть короткие. Проводники идущие от ШИМ к оптронам не должны проходить рядом с источниками помех и должны быть как можно короче.
Все сигнальные провода от токового трансформатора и идущие к оптронам от ШИМ должны быть скрученные, чтобы понизить уровень помех и должны быть как можно короче.
Дальше начинаем повышать ток сварочного с помощью резистора R3 ближе к резистору R4 выход сварочного замкнут на ключе нижнего IGBT, ширина импульса чуть увеличивается, что свидетельствует о работе ШИМ. Ток больше - ширина больше, ток меньше - ширина меньше.
Ни какого шума быть не должно иначе выйдут из строя IGBT.
Добавлять ток и слушать, смотреть осциллограф на превышение напряжения нижнего ключа, чтобы не выше 500вольт, максимум 550 вольт в выбросе, но обычно 340 вольт.
Дойти до тока, где ширина резко становиться максимальной говорящим, что чайник не может дать максимальный ток.
Все, теперь на прямую без чайника идем от минимума до максимума, смотреть осциллограф и слушать, чтобы было тихо. Дойти до максимального тока, ширина должна увеличиться, выбросы в норме, не более 340вольт обычно.
Начинать варить, в начале 10 секунд. Проверяем радиаторы, потом 20 секунд, тоже холодные и 1 минуту трансформатор теплый, спалить 2 длинных электрода 4мм трансформатор горечеватый
Радиаторы диодов 150ebu02 заметно нагрелись после трех электродов, варить уже тяжело, человек устает, хотя варится классно, трансформатор горяченький, да и так уже не кто не варит. Вентилятор, через 2 минуты трансформатор доводит до теплого состояния и можно варить снова до опупения.
Ниже вы можете скачать печатные платы в формате LAY и др. файлы
Схема сварочного аппарата на двух диодах
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.
Назначение и нюансы изготовления диодного моста в сварочном аппарате
Оборудование
Диод представляет собой полупроводниковый агрегат с разной проводимостью, определяемой прикладываемым напряжением. Он имеет два вывода: катод и анод. Если подается прямое напряжение, то есть на аноде в сравнении с катодом потенциал положителен, агрегат открыт.
Если напряжение отрицательно, он закрывается. Такая особенность нашла применение в электротехнике: диодный мост активно используется в сварочном деле для выпрямления переменного тока и улучшения качества сварных операций.
Выпрямитель для сварки
Оборудование для сварки на переменном токе обладает существенным минусом при использовании в домашних условиях: оно провоцируют перепады напряжения в сети и помехи для работы электроустройств.
По этой причине, при проведении сварных работ своими руками, требуется выпрямитель для сварочного аппарата, позволяющий в некоторой мере сгладить мощные перепады сетевого напряжения.
Особенность выпрямителей
Многие сварочные аппараты требуют доработки, заключающейся в применении специальных выпрямителей. Для их изготовления часто применяют диоды, способные пропускать напряжение исключительно в одну сторону.
Изначально для усовершенствования сварки мастера использовали диодные схемы из четырех диодов на радиолампах. Но данная технология была слишком сложной и дорогой. В наши дни силовые диоды стали доступными по стоимости, поэтому активно используются в сварных операциях.
На заметку! Подбирайте такие электрические элементы, которые обладают высоким качеством, и следите за тем, чтобы фактический ток в цепи был меньшим, чем заданный по номиналу. Тогда аппарат прослужит без поломок максимально длительное время.
Электрическая схема выпрямителя для сварки.
Схема для такого приспособления не отличается особой сложностью: она состоит из проводников, пропускающих электрический поток и направленных в актуальную сторону.
Если быть более точным, то два элемента общей схемы соединены последовательно и направлены друг к другу, а еще два ‒ располагаются один за другим. Первые из них проводят ток в выбранном направлении, вторые ‒ не позволяют току вернуться.
Выпрямители на диодах характеризуются разной мощностью, поэтому вид электрода необходимо подбирать с учетом этого параметра. Чем выше мощность, тем более толстый электрод потребуется.
На промышленном производстве требуется применить мощную аппаратуру, которая позволит выполнять сварные соединения без каких-либо пауз. Для бытового использования подойдут менее мощные выпрямители для сварки.
Применение в сварке
Диодную схему можно собрать из отдельных диодов или приобрести монолитную конструкцию с разными параметрами. Первый вариант менее предпочтителен, чем второй. Но при сгорании одного диода не требуется менять все четыре элемента, как в случае монолитной конструкции.
Если применить такие агрегаты для переориентации сварки на работу с постоянным током, можно добиться расширения ее функциональных возможностей.
Применение выпрямителя из диодов поможет:
- устранить перебои напряжения в сети;
- упростить задачу розжига электрической дуги в условиях номинального и пониженного напряжения;
- увеличить тепловой режим при длительной работе сварочного аппарата.
На заметку! С помощью выпрямителя из диодов для сварочного аппарата можно поддерживать электрическую дугу на стабильном уровне, что позволяет повысить эстетические качества созданных своими руками сварных соединений на металлических конструкциях.
Выпрямитель для сварки собирается по мостовой схеме, но при этом важно учесть, что корпус агрегата находится под напряжением.
Поэтому при установке диодного моста на радиатор, важно изолировать агрегат от иных элементов схемы, от корпуса сварочного аппарата, соседних диодов. А это чревато определенными неудобствами для сварщика: нужно использовать более крупный по размеру корпус сварки.
Выпрямитель тока для сварочных работ.
Как следствие, аппарат получается тяжелым и громоздким.
Чтобы уменьшить габариты сварки, можно подобрать выпрямительный прибор ВЛ200 с другой полярностью, объединив полупроводники на два парных радиатора. Но еще лучше, установить в едином корпусе сварки мощные, но при этом максимально компактные диодные мосты.
Такое решение обойдется сварщику в несколько раз дешевле, нежели покупка диодов В200. Деталь по размеру не больше, чем спичечный коробок. Она имеет площадку для установки радиатора, работает на максимальном, прямом токе ‒ 30-50 А.
Важно! Если в процессе выполнения сварных работ потребовался более мощный мост, стоит воспользоваться параллельным подключением мостовых сборок. Главное понимать, что при таком решении надежность конструкции будет ниже, чем при одиночных мощных диодах.
Если говорить о схемах полупроводникового типа с устройством выпрямителя, важно отметить следующее:
- Лучшие показатели имеет трехфазная система, позволяющая использовать мощность сети до 380 В.
Ее применяют на промышленных предприятиях, где важно создать длительный непрерывный сварной процесс без пауз для соединения больших по размеру металлических деталей: ворот, контейнеров, хозяйственных металлических сооружений и т.п. - Система с одной фазой подходит для бытового использования, когда сварной процесс длится короткий промежуток времени, и нет необходимости в более длительной сварке.
Установка
Если планируется установить параллельную схему соединения диодных мостов, важно учесть некоторый разброс по параметрам каждого диода. Подбирать элементы нужно так, чтобы оставался некоторый запас прочности. Тогда можно получить компактный диодный мост для сварочного аппарата.
Диодные сборки можно разместить на одном радиаторе, но для повышения показателей теплоотдачи их монтируют через теплопроводящую пасту. Актуальное количество таких схем для выпрямителя определяется требуемым сварочным током: стандартное количество 3-5 сборок.
Проводники стоит соединять с контактами при помощи пайки, и иначе в местах контакта потери мощности, или соединение сильно нагревается. При необходимости выполнить сварные операции, выпрямитель подключается к аппарату для сварки.
Как сделать выпрямитель своими руками?
Если в наличии мастера имеются комплектующие детали, вполне реально изготовить самодельный сварочный выпрямитель. При условии соблюдения всех рекомендаций специалистов он гарантировано обеспечит процесс ручной дуговой сварки постоянным током, но потребуется применить электрод с обмазкой.
Диодный мост для сварочного аппарата.
Обмазка при расплавлении электрода препятствует проникновению составляющих воздуха в расплавленный металл сварного соединения. Без нее контакт металла в расплавленном виде с азотом и кислородом снизят прочностные свойства шва, сделав его хрупким и пористым.
Сначала потребуется выбрать или смотать своими руками понижающий трансформатор с требуемыми параметрами. Собирают трансформатор до подключения диодного моста.
Если выбран путь самостоятельного изготовления аппарата, важно правильно рассчитать его элементы, в том числе:
- параметры магнитопровода;
- актуальное количество витков;
- размеры сечения шин, проводов.
На заметку! Расчеты для изготовления трансформаторов осуществляются по единой методике, поэтому данная задача не представляет трудностей даже для малоопытного сварщика со школьными знаниями электричества.
В работе не обойтись без светодиодов: нужны они в качестве проводников тока в одном единственном направлении. Простейший диодный выпрямитель, созданный по мостиковой схеме, монтируют на радиатор с целью теплообмена и охлаждения.
Мощные диоды для сварочного аппарата, по типу ВД-200, выделяют при работе довольно большой объем тепловой энергии. Чтобы обеспечить падающую характеристику тока, в цепь потребуется включить дроссель последовательно.
Активное переменное сопротивление в такой схеме обеспечит сварщику возможность плавно регулировать сварочный ток. Далее, один полюс нужно подключить к сварной проволоке, а второй ‒ к рабочему объекту.
Электролитический конденсатор в составе схемы необходим в качестве сглаживающего фильтра для снижения пульсаций.
Выполнить намотку реостата несложно своими силами, но для такой задачи потребуется керамический сердечник и проволока из никелина или нихрома. Актуальный диаметр проволоки определит величина регулируемого тока сварной операции.
Расчет сопротивления реостата нужно проводиться учетом удельного сопротивления электрода, его сечения и общей длины.
Электрическая схема сварки с диодным мостом.
Шаг регулировки тока для сварки зависит от диаметра витков. Если правильно собрать перечисленные детали в единый агрегат, процесс сварки будет сопровождаться постоянным током. Не лишним будет и монтаж резистора, препятствующего короткому замыканию при работе.
Оно может происходить при касании проволоки о металл без зажигания дуги. Если в это время на конденсаторе нет сопротивления, он мгновенно разрядится, произойдет щелчок, электрод разрушится или прилипнет к металлу.
При наличии резистора можно сгладить разряды на конденсаторе, сделать поджога электрода более простым и мягким. Изготовление аппарата для выпрямления сварного тока своими руками позволит создавать максимально аккуратные и долговечные сварные швы.
Итоги
Диодный мост для сварочного аппарата преобразует переменный ток в постоянный, что позволяет повысить качества сварных соединений. Такое приспособление можно приобрести в готовом виде или создать своими руками, следуя советам, озвученным в статье.
Читайте также: