Сварочный инвертор это просто часть третья
Обновлено: 18.05.2024
достоинством удалился! У моего товарища и всей его бригады был шок! Мы все знаем - сварка это тяжеленный аппарат, длинные, толстые, запутанные провода, чумазый сварщик! Но оказывается в этом мире вс¸ меняется, и даже нашу страну
какимто боком затронул технический прогресс! В продаже уже несколько лет есть импортные сварочные инверторы, но их цена немного кусается! Аппарат среднего класса, способный отдать в дугу 120 -160 ампер, весит от 4 до 7 кг, и стоит от 500 до 1000 долларов! А обыкновенный сварочный трансформатор, такого же класса, стоит 150 долларов, правда весит не менее 30 кг! Я его выслушал и у меня сразу возникла мысль сделать недорогой сварочный инвертор для своих нужд, ведь необходимость в сварочных работах возникает довольно часто, если есть дача,
машина и гараж. Но для того, чтобы что - то сделать нужно знать как! И первые
мои поиски информации не дали результата, интернет приводит множество пионерс - ких конструкций, авторы которых пытались повторить схемы импортных сварочников, я перепробовал все доступные схемы, выводы были весьма неутешительные, куча сгоревших транзисторов и косые взгляды соседей, ведь благодаря мне, несколько раз вырубалось электричество во вс¸м доме! На попытки повторения чужих конструкций ушло два месяца! Подсчитав расходы, я сказал себе - хватит! И углубился в теорию, перелистав справочники по импульсной технике, перерыв груды документа - ции на транзисторы, я понял где и почему были совершены ошибки, почему горели
мощные высоковольтные транзисторы, которые не должны гореть, почему взрыва -
лись конденсаторы, сгорали силовые диоды! На это уш¸л ещ¸ месяц! Итого - три месяца поисков, анализа и опытов! И вот первая дуга! Результат превзош¸л все мои ожидания! Учтя все ошибки, собрав в единое целое все наработки, отбросив догмы разработчиков импульсной техники, мною был создан замечательный аппарат, над¸жный, легкий, из доступных деталей (при его создании использовались детали
имеющиеся на радиорынке), не дорогой (на его создание ушло менее 100$)!
И теперь, зная по себе, как это вс¸ трудно да¸тся, при практически полном
отсутствии правдивой и написанной доступным языком информации по силовой
электронике, я пишу эту книгу. Надеюсь она многим поможет не постичь того
горького разочарования, которое возникает, когда смотришь как горят дорогие
транзисторы, а с ними тают надежды! У меня нет опыта написания книг, поэтому прошу простить возможные ошибки, я старался написать книгу так, чтобы любой
радиолюбитель, знающий с какой стороны держать паяльник, мог собрать и без проблем настроить мощный сварочный инвертор! Надеюсь эта книга даст толч¸к
к творчеству, и будет полезна не только любителям но и мат¸рым профи! Хватит
спать, пора брать в руки паяльник!
Автор, разработчик, инженер электронщик
В.Ю. Негуляев, Киев, 2005 г.
1. Немного теории и основные требования к сварочному инвертору.
Всвязи с тем, что данное пособие не является технологической картой, то я не
привожу ни разводку печатных плат, ни конструкцию радиаторов, ни порядок размещения деталей в корпусе, ни конструкцию самого корпуса! Вс¸ это не имеет значения
и никак не влияет на работу аппарата! Важно только, что на транзисторах (на всех
вместе, а не на одном) моста выделяется около 50 ватт, и на силовых диодах тоже около 100 ватт, итого около 150 ватт! Как Вы распорядитесь этим теплом меня мало волнует, хоть в стакан с дистилированной водой их опустите (шутка :-)) ), главное не
разогревайте их выше 120 градусов С. Ну вот с конструкцией разобрались, теперь
немного теории и можно приступать к настройке.
Что такое сварочный аппарат - это мощный блок питания способный работать
в режиме образования и продолжительного горения дугового разряда на выходе! Это достаточно тяж¸лый режим и не всякий блок питания может в н¸м работать!
При касании концом электрода свариваемого металла происходит короткое замыкание сварочной цепи, это самый критический режим работы блока питания(БП), так как
для разогрева, расплавления и испарения холодного электрода требуется энергии гораздо больше, чем для простого горения дуги, т.е. БП, должен иметь запас по
мощности достаточный для стабильного поджига дуги, при использовании электрода
максимально допустимого для данного аппарата диаметра! В нашем случае это 4мм. Электрод типа АНО-21 диаметром 3мм стабильно горит при токах 110-130 ампер, но
если для БП это максимальный ток, то дугу зажечь будет весьма проблематично! Для
стабильного и легкого зажигания дуги необходимо ещ¸ 50-60 ампер, это в нашем случае 180-190 ампер! И хотя режим поджига кратковременный, его должен выдерживать БП. Ид¸м дальше, дуга загорелась, но по законам физики вольт-амперная характеристика (ВАХ) электрической дуги в воздухе, при атмосферном давлении, при сварке покрытым электродом имеет падающий вид, т.е. Чем больше ток в дуге, тем меньше на ней напряжение, и только при токах больше 80А напряжение
дуги стабилизируется, и остается постоянным при увеличении тока! Исходя из этого можно сообразить, что для л¸гкого поджига и устойчивого горения дуги ВАХ БП должна дважды пересекаться с ВАХ дуги! В противном случае дуга будет не устойчивой со всеми вытекающими последствиями, как то непровар, пористый ш¸в, прож¸ги!
Теперь можно кратко сформулировать требования к БП; а) учитывая КПД (около 80-85%) мощность БП должна быть не менее 5 кВт; б) должен иметь плавную регулировку выходного тока;
в) на малых токах легко зажигать дугу, иметь систему горячего поджига; г) иметь защиту от перегрузки при залипании электрода;
д) выходное напряжение на хх не ниже 45В;
е) полная гальваническая развязка от сети 220В; ж) падающая вольт-амперная характеристика.
Вот собственно и вс¸! Всем этим требованиям отвечает разработанный мной аппарат, технические характеристики и электрическая схема которого приведены ниже.
Негуляев В.Ю. - Сварочный инвертор - это просто
Сварочный инвертор - это просто! (часть третья)
8. Принципиальные схемы и описание работы, инвертора с дросселем рассеяния.
Один из способов создания падающей вольт - амперной характеристики у сварочного аппарата, это применение дросселя рассеяния. По такой схеме построен аппарат "Форсаж". Это, чтото среднее между обыкновенным мостом, ток в котором управляется ШИМом, и резонансным, управляемым изменением частоты.
Я постараюсь осветить все плюсы и минусы такого построения сварочного инвер тора. Начнём с плюсов: а) регулировка тока - частотная, при повышении частоты ток уменьшается. Это даёт возможность регулировки тока в автоматическом режи -ме, легко строится система "горячего старта".
б) падающая ВАХ формируется дросселем рассеяния, такое построение более надёжное, чем параметрическая стабилизация при ШИМ, и более быстрая, нет задержки на включение активных элементов. Простота и надёжность! Пожалуй это все плюсы. :-( ^^^Л
Теперь о минусах, их тоже не много:
а) транзисторы работают в линейном режиме переключения;
б) для защиты транзисторов требуются снабберы;
в) узкий диапазон регулировки тока;
г) низкие частоты преобразования, обусловлены параметрами силового переключения транзисторов;
но они довольно существенны, и требуют своих методов их компенсации. Разберём работу инвертора построенного по такому принципу см. Рис. 17 Как видим его схема практически не отличается от схемы резонансного инвертора, изменены только параметры LC цепочки в диагонали моста, введены снабберы для защиты транзисторов, уменьшены сопротивления резисторов включенных параллельно затворным обмоткам задающего трансформатора, увеличена мощность этого трансформатора.
Рассмотрим LC цепочку включенную последовательно с силовым трансформатором, емкость конденсатора С, увеличена до 22 мкР, сейчас он работает как симметрирую -щий конденсатор, не дающий намагнититься сердечнику. От параметров дросселя L полностью зависит ток КЗ преобразователя, диапазон регулировки мощности, часто -та преобразования инвертора. При частотах преобразования аппарата "Форсаж 125," а это 10 - 50 кГц, индуктивность дросселя составляет 70 мкГ, на частоте 10 кГц сопротивление такого дросселя 4,4 Ом, следовательно ток КЗ, через первичную цепь, будет 50 ампер! Но не более! :-) Для транзисторов это конечно многовато, поэтому в "Форсаже" применена двухступенчатая защита от перегрузки по току, ограничивающая ток КЗ на уровне 20-25 ампер. ВАХ такого преобразователя представляет собой круто падающую прямую, линейно зависящую от выходного тока.
При увеличении частоты, реактивное сопротивление дросселя возростает, следова -тельно происходит ограничение тока протекающего через первичную обмотку выходного трансформатора, выходной ток линейно уменьшается. Недостатком такой системы регулировки тока, является то, что форма тока с увеличением частоты становится похожа на треугольник, а это увеличивает динамические потери, и на транзисторах выделяется лишнее тепло, но учитывая то, что общая мощность понижается, и ток через транзисторы тоже понижается, этими величинами можно принебречь.
Практически, самым существенным недостатком, схемы инвертора с дросселем рассеяния, является работа транзисторов в режиме линейного (силового) переклю -чения тока. Такое переключение, предъявляет повышенные требования к драйверу управляющему этими транзисторами. Лучше всего применять драйверы на микро -схемах фирмы IR, которые непосредственно предназначены для управления верхними и нижними ключами мостового преобразователя. Они выдают чёткие импульсы в затворы управляемых транзисторов, и в отличие от трансформаторной системы управления, не требуют много мощности. Но трансформаторная система образует гальваническую развязку, и в случае выхода из строя силовых транзисторов, схема управления сохраняет свою работоспособность! Это неоспоримое преи -мущество не только с экономической стороны построения сварочного инвертора, но и со стороны простоты и надёжности. На Рис.18 Приведена схема БУ инвертора с драйверами, а на Рис.17 , с управлением через импульсный трансформатор. Выходной ток регулируется изменением частоты от 10кГц (Imax) до 50кГц(1т1п). Если поставить более высокочастотные транзисторы, то диапазон регулировок тока можно немного расширить.
При построении инвертора такого типа, необходимо учитывать точно такие же условия, как и при построении резонансного преобразователя, плюс все особенности построения преобразователя работающего в режиме линейного перключения. Это: жёсткая стабилизация напряжения питания задающего блока, режим возникновения ШИМ - недопустим! И все остальные особенности перечисленные в п.7 на стр.31. Если вместо управляющего трансформатора применяются драйверы на микросхе -мах, всегда помнить, что минус низковольтного питания будет соединён с сетью, и принять дополнительные меры безопасности!
Блок управления на Ir2110
Рис.18
11. Схема повышения выходного напряжения
Тр.1 - силовой трансформатор 2Ш20х28, первичка - 17 витков, ХХ=56В Д1-Д2 - HER208 Д3,Д5 - 150EBU04
Д6-Д9 - КД2997А
Р - запускающее релле, 24В, 30А - 250VAC
Др.3 - мотается на ферритовом колечке К28х16х9, 13-15 витков
монтажного провода сечением 0,75мм кв. Индуктивность не менее
200мкН.
На Рис.20 показана схема сварочного инвертора с самой совершенной конфигурацией. Простота и надёжность, минимум деталей, ниже приведены его технические характеристики.
1. Напряжение питания 210 -- 240 В
2. Ток в дуге 20 - 200 А
3. Ток потребляемый от сети 8 - 22 А
4. Напряжение XX 110 В
5. Вес без корпуса менее 2.5 кг
Как видим, схема на Рис.20 не сильно отличается от схемы на Рис.5. Но это полностью законченная схема, она практически не нуждается в дополнительных системах поджига и стабилизации горения дуги. Применение удвоителя выходного напряжения позволило исключить выходной дроссель, увеличить выходной ток до 200А и на порядок улучшить качество сварных швов на всех режимах работы, от 20А до 200А. Дуга зажигается очень легко и приятно, устойчиво горят электроды почти всех типов. При сварке нержавеющих сталей, качество шва сделанного электродом, не уступает сварному шву сделанному в аргоне!
Все моточные данные аналогичны предыдущим конструкциям, только в силовом трансформаторе можно мотать первичную обмотку 17-18 витков, проводом 2,0-2,12 ПЭТВ-2 или ПЭВ-2. Сейчас нет смысла повышать выходное напряжение трансфор -матора, для отличной работы достаточно 50-55В, всё остальное сделает удвоитель. Резонансный дроссель точно такой конструкции, как в предыдущих схемах, только имеет увеличенный немагнитный зазор (подбирается экспериментально, ориентировочно 0,6 - 0,8мм).
10. Инвертор с Фазовой регулировкой выходного тока
Схема представленная на Рис.21 наиболее привлекательна с моей точки зрения. Испытания показали высокую надёжность такого преобразователя. В этой схеме полностью использованы преимущества резонансного преобразователя, так как частота не меняется, выключение силовых ключей происходит всегда в нуле тока, а это важный момент с точки зрения управляемости ключей. Регулировка тока осуществляется изменением длительности импульсов управления. Такое схемное решение позволяет изменять выходной ток практичес -ки от 0 и до максимального значения (200А). Шкала регулировки полностью линей -ная! Изменение длительности управляющих импульсов достигается путём подачи изменяющегося напряжения в диапазоне 3-4В на 8 ножку микросхемы Uc3825. Изменение напряжения на этой ножке с 4В до 3В даёт плавное изменение длительности цикла от 50% до 0%! Регулировка тока таким способом, позволяет избе -жать такого неприятного явления, как совпадение резонанса с режимом КЗ, возмож -ного при частотном регулировавнии. Следовательно исключается ещё один возмож -ный режим перегрузки! Как следствие, можно вообще убрать схему защиты по току, единожды настроив максимальный выходной ток зазором в резонансном дросселе. Настраивается аппарат точно так, как и все предыдущие модели. Единственное, что необходимо сделать, это перед началом настройки выставить максимальную дли -тельность цикла, установив на 8 ножке напряжение 4В, если этого не сделать, то резонанс будет смещён, и на максимальной мощности точка переключения ключей может не совпадать с нулём тока. При больших отклонениях, это может привести к динамической перегрузке силовых транзисторов, их перегреву и выходу из строя. Применение удвоителя напряжения на выходе даёт возможность уменьшить нагрузку на сердечник, увеличив количество витков первичной обмотки до 20. Выходное напряжение ХХ при этом получается 46,5В, соответственно после удвои -теля 93В, что отвечает всем нормам безопасности для инверторных сварочных источников! Понижение выходного напряжения силового блока позволяет использовать более низковольтные (более дешёвые) выходные диоды. Можно смело ставить 150EBU02 или BYV255V200. Ниже приведены моточные данные моего сварочного инвертора последней модели.
Тр.1 Провод ПЭВ-2, диаметр 1,81мм, количество витков -20. Вторичная обмотка 3+3, 16мм кв, мотается в 4 провода диаметром 2,24. Конструкция аналогична предыдущим. Сердечник Е65, №87 фирмы ЭПКОС. Наш приблизительный аналог 20х28, 2200НМС. Сердечник один!
Др.1 10 витков, ПЭТВ-2 диаметром 2,24мм. Сердечник 20х28 2000НМ. Зазор 0,6-0,8мм. Индуктивность 66мкГ для мах тока в дуге 180-200А. Др.3 12 витков монтажного провода, сечение 1мм кв, кольцо 28х16х9, без зазора, 2000НМ1
При таких параметрах, резонансная частота около 35кГц. Как видно из схемы -защиты по току нет, выходного дросселя нет, выходных конденсаторов нет. Силовой трансформатор и резонансный дроссель намотаны на одиночных сердечниках типа Ш20х28. Всё это позволило уменьшить вес и высвободить объём внутри корпуса, и как следствие облегчить температурный режим всего аппарата, и спокойно поднять ток в дуге до 200А!
Список полезной литературы.
1. "Радио" №9, 1990г.
2. " Микросхемы для импульсных источников питания и их применение", 2001г.
Издательство "ДОДЕКА".
3. " Силовая электроника", Б.Ю. Семёнов, Москва 2001г.
4. " Силовые полупроводниковые ключи", П.А. Воронин, "ДОДЕКА" 2001г.
5. Каталог п/п приборов фирмы NTE.
5. Справочные материалы фирмы IR.
6. ТОЭ, Л.Р.Нейман и П.Л.Калантаров, Часть 2.
7. Сварка и резка металлов. Д.Л.Глизманенко.
8. "Микросхемы для линейных источников питания и их применение", 2001г. Издательство "ДОДЕКА".
9. "Теория и расчёт трансформаторов ИВЭ". Хныков А.В. Москва 2004г.
чить максимальную мощность в дуге с параметрами 150А и 22-24В, необходимо подключить к выходу аппарата эквивалентную нагрузку, это 0,14 - 0,16 Ом, и подби - рая частоту настроить резонанс, именно на этой нагрузке аппарат будет иметь максимальную мощность и максимальный КПД, и тогда даже при режиме короткого замыкания (КЗ), несмотря на то, что во внешней цепи будет протекать ток превы - шающий резонансный, напряжение упад¸т практически до нуля, сответственно
и мощность уменьшится, и транзисторы не войдут в режим перегрузки! И ещ¸,
резонансная схема работает в синусоиде и наростание тока происходит тоже
по синусоидальному закону, тоесть dI/dt не превышает допустимых режимов для
транзисторов, и не требуются снабберы (RC цепочки) для защиты транзисторов
от динамических перегрузок, или что более понятно от слишком крутых фронтов,
их просто не будет вообще! Как видим вроде вс¸ красиво и кажется, что схема
защиты от перегрузки по току не нужна вообще, или нужна только в процессе
настройки, не обольщайтесь, ведь регулировка тока осуществляется изменением
частоты, и есть маленький участок на АЧХ, когда при КЗ возникает резонанс, в этом месте ток через транзисторы может превысить допустимый ток для них, и транзисторы естественно сгорят. И хотя специально попасть именно в этот режим достаточно сложно, но по закону подлости вполне возможно! Вот в этот момент и понадобится
Вольт - амперная характеристика резонансного моста сразу имеет падающий вид, и
естественно нет необходимости искуственно е¸ формировать! Хотя при необходи -
мости угол наклона ВАХ легко регулируется резонансным дросселем. И ещ¸ одно
свойство, не рассказать о котором я не могу, и узнав о нем Вы навсегда забудете
схемы с силовым переключением, которые в изобилии имеются в интернете, это
чудесное свойство - возможность работы нескольких резонансных схем на одну
нагрузку с максимальным КПД! Практически это дает возможность создавать свароч-
ные (или любые другие) инверторы неограниченной мощности! Можно создавать
блочные конструкции, где каждый блок будет иметь возможность самостоятельной работы, это повысит надежность всей конструкции и даст возможность легко заменять блоки при выходе их из строя, а можно одним драйвером запустить несколько силовых
блоков и они все будут работать синфазно. Так сварочный аппарат, построенный мной
по такому принципу, легко отда¸т в дугу 300 ампер, при весе без корпуса 5 кГ! И это
только двойной набор, наращивать же мощность можно безгранично!
Это было легкое отклонение от основной темы, но я надеюсь оно дало возможность
понять и оценить все прелести схемы полного резонансного моста. Теперь верн¸мся к
Настраивается так: подключаем ЗГ к мосту, учитывая фазы (транзисторы работают
по диагонали), пода¸м питание 12-25В, во вторичную обмотку силового трансформатора
Тр1 включаем лампочку на100Вт 12-24В, изменяя частоту ЗГ добиваемся наиболее яркого свечения лампочки, в нашем случае это 30-35кГц, это частота резонанса, далее я попы - таюсь подробно рассказать о том, как работает полный резонансный мост.
Транзисторы в резонансном мосте (как и в линейном) работают по
диагонали, это выглядит так, одновременно открыты левый верхний
Т4 и правый нижний Т2, в это время правый верхний Т3 и левый ниж -
ний Т1 закрыты. Или наоборот! В работе резонансного моста можно выделить четыре фазы. Рассмотрим, что и как происходит если
частота переключения транзисторов совпадает с резонансной часто -
той цепочки Др.1- Срез.- Тр.1. Допустим в первой фазе открываются
транзисторы Т3, Т1, время нахождения их в открытом состоянии
зада¸тся драйвером ЗГ, и при резонансной частоте 33кГц, составляет
14 мкс. В это время ток протекает через Срез. - Др.1 - Тр.1. Ток в этой
цепи сначала возрастает от нуля до
по мере зарядки конденсатора Срез.
ный последовательно с конденсатором резонансный дроссель Др.1 формирует синусоидальные фронты. Если последовательно с резо -
нансной цепочкой включить резистор, и к нему подключить
граф можно увидеть форму тока, напоминающую полупериод
иды. Во второй фазе, длящейся 2 мкс, затворы транзисторов Т1, Т3 соеденены с земл¸й, через резистор 56 Ом и обмотку импульсного
трансформатора Тр.3, это так называемое “м¸ртвое время”. За это
емкости затворов транзисторов Т1,
транзисторы закрываются. Как видно
выше сказанного, мо
мент перехода из открытого состояния в закрытое, у тразисторов
совпадает с нул¸м тока, ведь конденсатор Срез. уже зарядился и ток
через него уже не теч¸т. Наступает третья фаза - открываются транзис - торы Т2,Т4. Время нахождения их в открытом состоянии 14 мкс, за это время конденсатор Срез., полностью перезаряжается, образуя второй полуперид синусоиды. Напряжение до которого перезаряжается Срез.,
зависит от сопротивления нагрузки во вторичной обмотке Тр.1, и чем
сопротивление нагрузки меньше, тем больше напряжение на Срез.
При нагрузке 0,15 Ом, напряжение на резонансном конденсаторе может
достигать значения 3кВ. Четв¸ртая фаза начинается, как и вторая, в тот
момент, когда коллекторный ток транзисторов Т2,Т4 уменьшается до
нуля. Эта фаза также длится 2 мкс. Транзисторы закрываются. Далее вс¸ повторяется. Вторая и четв¸ртая фазы работы, необходимы для
того, чтобы транзисторы в плечах моста успели закрыться до того, как откроется следующая пара, если время второй и четвертой фаз, будет меньше времени необходимого для полного закрытия выбранных тран -
зисторов, возникнет импульс сквозного тока, практически КЗ по высоко - му напряжению, при этом последствия легко предсказуемы, обычно выгорает полностью плечо (верхний и нижний транзисторы), плюс сило - вой мостик, плюс пробки у соседа! :-))). Для транзисторов, примен¸нных
в моей схеме, “мертвое время” должно быть не менее 1,2 мкс, но учиты -
вая разброс параметров, я сознательно увеличил его до 2 мкс.
Следует помнить ещ¸ одну весьма важную вещь, все элементы резонансного моста оказывают влияние на частоту резонанса и при замене любого из них, будь
то конденсатор, дроссель, трансформатор или транзисторы, для получения
максимального КПД, необходимо заново настроить резонансную частоту! На схеме я прив¸л величины индуктивностей, но это не значит, что поставив дроссель
или трасформатор другой конструкции, имеющий такую индуктивность, Вы полу -
чите обещанные параметры. Лучше сделать, как я рекомендую. Будет дешевле!
Как работает резонансный мост, в общих чертах, вроде стало понятно, теперь
разберемся какую, и достаточно важную функцию выполняет резонансный дрос - сель Др.1
Если при первой регулировке резонанс окажется намного ниже чем 30 кГц, не пугайтесь! Просто ферритовый сердечник Др1., немного другой, это легко
корректируется увеличением немагнитного зазора, ниже подробно описан процесс настройки и нюансы конструкции резонансного дросселя Др.1.
Самым важным элементом резонансной схемы является резонансный дроссель Др.1, от качества его изготовления зависит мощность отдаваемая инвертором в нагрузку и частота резонанса всего преобразователя! В процес - се предварительной настройки закрепите дроссель так, чтобы его можно было снять и разобрать, для увеличения или уменьшения зазора. Вс¸ дело в том,
что ферритовые сердечники примен¸нные мной всегда разные, и каждый раз приходится подстраивать дроссель изменением толщины немагнитного зазора! В моей практике, чтобы получить идентичные выходные параметры, приходилось менять зазоры от 0,2 до 0,8мм! Начинать лучше с 0,1мм, нахо - дить резорнанс и одновременно замерять выходную мощность, если резо -
нансная частота ниже 20кГц, и выходной ток при этом не превышает 50-70А,
параметры можно только изменяя толщину зазора! Оптимальная частота резонанса для ферритов с проницаемостью 2000НМ лежит в диапазоне 30-35 кГц, но это не значит, что они не будут работать ниже или выше, просто потери будут немного другие. Сердечник дросселя нельзя стягивать металлической
скобой, в районе зазора металл скобы будет сильно нагреваться!
Дальше - резонансный конденсатор, не менее важная деталь! В первых
конструкциях я ставил К73 -16В, но их надо минимум 10 штук, и конструкция
получается достаточно громоздкая, хотя довольно над¸жная. Сейчас появились
импортные конденсаторы фирмы WIMA MKP10, 0,22x1000V - это специальные конденсаторы для больших токов, работают очень над¸жно, я их ставлю
всего 4 штуки, места практически не занимают и не греются вообще!
Соединяются в два блока по три параллельно, получается 0,225х2000В.
Работают нормально, почти не греются.
Ну вот вроде разобрались, можно переходить к дальнейшей настройке.
Меняем лампу на более мощную и на напряжение 110В, и вс¸ повторяем сначала, постепенно поднимая напряжение до 220 вольт. Если вс¸ работает, отключаем лампу,
подключаем силовые диоды и дроссель Др.2. К выходу аппарата подключаем реостат со-
противлением 1Ом х 1кВт и вс¸ повторяем сначала измеряя напряжение на нагрузке подгоняем частоту к резонансу, в этот момент на реостате будет максимальное напряжение, при изменение частоты в любую сторону, напряжение уменьшается!
Если вс¸ правильно собрано то максимальное напряжение на нагрузке будет около
40В. Сответственно ток в нагрузке около 40А. Не трудно посчитать мощность 40х40, получаем 1600Вт, далее уменьшая сопротивление нагрузки, частотозадающим
резистором подстраиваем резонанс, мах ток можно получить только на резонансной частоте, для этого подключаем вольтметр параллельно нагрузке и изменяя частоту
ЗГ находим мах напряжения. Расч¸т резонансных цепей подробно описан в (6).
В этот момент можно посмотреть форму напряжения на резонансном конденсаторе,
должна быть правильная синусоида амплитудой до 1000 вольт. При уменьшении
сопротивления нагрузки (увеличении мощности), амплитуда увеличивается до 3кВ, но форма напряжения должна оставаться синусоидальной! Это важно, если возникает треугольник, это значит, что пробита ¸мкость или замкнула обмотка
резонансного дросселя, и то и другое не желательно! При номиналах указанных на схеме резонанс будет около 30-35кгц (сильно зависит от проницаемости феррита).
Ещ¸ одна важная деталь, для получения максимального тока в дуге, нужно настраивать резонанс при максимальной нагрузке, в нашем случае, для получения тока в дуге 150А, нагрузка при настройке должна быть 0,14ом! (Это
важно!). Напряжение на нагрузке, при настройке мах тока должно быть 22 -24В, это нормальное напряжение горения дуги! Соответственно мощность в дуге будет
150х24=3600Вт, этого достаточно для нормольного горения электрода диаметром
3-3,6мм. Сварить можно практически любую железку, я сваривал рельсы!
Регулировка выходного тока осуществляется изменением частоты ЗГ.
При повышении частоты происходит следующее, во первых: изменяется отноше-
ние длительности импульса к паузе (ступеньке); во вторых: преобразователь
выходит из резонанса; и дроссель из резонансного превращается в дроссель рассеяния, тоесть его сопротивление напрямую становится зависимым от частоты, чем больше частота - тем больше индуктивное сопротивление дросселя.
Естественно вс¸ это приводит к уменьшению тока через выходной трансформатор, в нашем случае изменение частоты с 30кГц до 57 кГц,
вызывает изменение тока в дуге от 160А до 25А,т.е. в 6 раз! Если частоту менять
автоматически то можно управлять током дуги в процессе сварки, на этом принципе реализован режим “горячий старт”, его суть в том, что при любых значениях свароч- ного тока, первые 0,3с ток будет максимальный! Это да¸т возможность легко зажигать и поддерживать дугу на малых токах. Режим тепловой защиты также организован на автоматическом увеличении частоты при достижении критической
температуры, что естественно вызывает плавное уменьшение сварочного тока до
минимального значения без резкого выключения! Это важно, так как не образуется
кратер, как от резкого прерывания дуги!
Но в общем то без этих примочек можно и обойтись, вс¸ работает достаточно
устойчиво, и если работать без фанатизма то аппарат не нагревается более 45
градусов С, и дуга при любых режимах зажигается легко.
Далее рассмотрим схему защиты от перегрузки по току, как было сказано выше она нужна только в момент настройки и в момент совпадения режима КЗ с резонансом, если в этом режиме залипнет электрод! Как видно она собрана на 561ЛА7, схема представляет собой своеобразную линию задержки, задержка на
включение 4мкс, на выключение 20мс, задержка на включение необходима для зажигания дуги в любом режиме, даже когда режим КЗ совпадает с резонансом!
Схема защиты настроена на мах ток в первичной цепи, около 30А, во время настройки лучше уменьшить ток защиты до 10-15А, для этого в схеме защиты вместо резистора 6к поставить 15к. Если вс¸ работает попытаться зажечь дугу на какой -
Ниже я попытаюсь объяснить почему приведенная схема защиты не эффектив - на в момент штатной работы, дело в том, что максимальный ток протекающий в первичной обмотке силового трансформатора полностью зависит только от конструкции резонансного дросселя, точнее от зазора в магнитном сердечнике этого дросселя, и чтобы мы не делали во вторичной обмотке, ток в первичной не может превысить максимальный ток резонансной цепочки! Отсюда вывод -
защита настроенная на максимальный ток в первичной обмотке силового тр-ра
может сработать только в момент резонананса, но зачем она нам в этот момент нужна? Только чтобы не перегрузить транзисторы в момент, когда режим КЗ совпадает с резонансом, и естественно на тот случай, если допустить, что сгорит одновременно резононсная цепочка и силовой трансформатор, то конечно такая
защита необходима, собственно для этого я е¸ и включил в схему с самого начала,
когда проводил эксперименты с разными транзисторами и различными конструкциями дросселей, трансформаторов, конденсаторов. И зная пытливый ум наших людей, которые не поверят тому, что написано, и будут мотать свои тр - ры, дроссели, ставить
все подряд конденсаторы, я е¸ оставил, думаю не напрасно! :-))) Есть ещ¸ один важный
нюанс, как бы Вы не настраивали защиту, условие одно, на 9 ножку микросхемы Uc3825, не должно приходить плавно возрастающее напряжение, только быстрый фронт от 0,до +3(5)В, понимание этого, мне стоило нескольких силовых транзисторов!
È ещ¸ один совет:
- начинать настройку лучше, если в резонансном дросселе не будет зазора, это сразу
ограничит ток КЗ в выходной обмотке на уровне 40 - 60А, а потом постепенно увеличивать зазор и соответственно выходной ток! Не забывая каждый раз подстраивать резонанс, с
увеличением зазора он будет уходить в сторону увеличения частоты!
Ниже приведены схемы температурной защиты рис.2, горячего старта и стабилизатора
горения дуги рис.3, хотя в последних разработках я их не ставлю и в качестве термозащиты приклеиваю на диоды и в обмотку силового трансформатора
термовыключатели на 80 -100 С, соединяю их все последовательно, и выключаю
дополнительным релле высокое напряжение, просто и над¸жно! А дуга, при 62В на ХХ, зажигается достаточно легко и мягко, но включение схемы “горячего старта” позволяет избежать режима КЗ - резонанс! О н¸м говорилось выше.
Сварочный инвертор это просто часть третья
Пока зима и на улицу вылазить не хочется. До -25 градусов однако. Зато солнечно каждый день. Прикольно. Дома тепло и солнце светит в окно. Начал не спеша собирать сварочный инвертор. Собрать сварочный инвертор своими руками я собирался уже давно, но все времени не было. Зимой свободного времени появляется больше и потому больше свободы для творчества. Цены на сварочные инверторы в магазинах города весьма приличные. Аппарат мне нужен простой для редких дачных работ. Есть вариант купить самый дешевый китайский аппарат, но он будет на много хуже самодельного инвертора за те же деньги. Да и люблю я собирать своими руками что-нибудь. Сначала хотел сделать трансформаторный сварочник, но сам халявный магнитопровод для изготовления трансформатора ни как не попадался, а покупать его совсем не хочется ибо он цены не малой, а за что собственно, чтобы собрать гавеный сварочник. Не, так не пойдет.
Присмотрелся к современным сварочным инверторам, а что собственно не так уж все и сложно. Вес конструкции легче в целом получиться. Да и нагрузка у инверторов на и без того «просевшую» дачную электросеть ниже. За основу взял схему сварочного инвертора типа резонансный мост господина Негуляева, который в народе окрестили негуляйником.
Две его книжки «Сварочный инвертор — это просто» и «Сварочный инвертор — это просто Часть 2» в PDF формате можно без проблем скачать в Интернет. Введите в поисковике запрос : «Сварочный инвертор — это просто Негуляев» или что-то типа того.
Кликните по схеме, чтобы посмотреть ее в полном размере.
Я не буду здесь писать тоже самое, что вы и так можете прочитать в книгах упомянутых выше. Потому за подробностями в книгу. В интернете многие спецы хаят Негуляева и его изобретение. В основном все сводиться к тому, что можно сделать круче. А мне не надо круче. Типа вот, например, лучше использовать специальные современные драйверы для IGBT. А я не хочу за них платить лишние деньги. То сам инвертор этот не резонансный, а квазирезонансный, а может все таки резонансный? Схема в любом случае рабочая. Достаточно надежная. Позволяет снимать 200 — 250 ампер.
Начал собирать. Составил список деталей и отправился по магазинам. Оказалось, что не все так просто и даже в магазинах радиокомпонентов Санкт-Петербурга нет большинства необходимых деталей. IGBT IRG4PC50UD транзисторов для моста не оказалось в Микронике. В Симитроне есть, но продажа только юридическим лицам. В Мегаэлектронике тоже плохо и в лучшем случае только под заказ. В Чип и Дип есть, но как всегда в лучших традициях магазина по тройной цене. Та же история и с выходными силовыми диодами 150EBU04 и особенно с ферритом.
Долго искал компоненты в магазинах. У китайцев (заказ через интернет с бесплатной доставкой) кроме наличия всего необходимого, там меня радует и цена. Даже при заказе у продавцов с платной доставкой все равно получается намного дешевле чем у нас в интернете или в реальном магазине. Подумал, зачем я буду добывать компоненты под заказ. Ждать по две недели этих заказов. Потом ехать забирать их в разные места. Переплачивать. В Китае я получу все гораздо дешевле (по крайней мере то что я хотел) и посылка придет почти мне в руки (почта в трех минутах ходьбы от моего дома).
Посылка пришла довольно быстро. Все было очень хорошо упаковано и пришло в целости и сохранности. Пока ждал эту посылку, спаял из своих старых запасов генератор. Вот эту часть схемы.
Оставалось только воткнуть в кроватку микросхему UC3825N. Вот что получилось.
Затем намотал дроссель Др.3. для умножителя напряжения 15 витков монтажного провода желательно 1 кв. мм. на ферритовом кольце 28x16x9 2000HM1. Мотал самодельный из двух ШВВП 0.5 кв. мм. снята заводская изоляция и они скручены вместе. Затем восстановлена изоляция пвх изолентой. После намотки обмотка покрыта лаком.
Изготовление трансформатора Тр.3 заняла больше времени, так как обмотка отказывалась умещаться. Вроде и провод взял меньшего диаметра чем автор уже не раз упомянутой книги.
Удалось намотать 26 витков на ферритовом кольце 28x16x9 2000HM1 , что в принципе достаточно (25-30 витков необходимо). Использовал то что было под рукой, а именно 6-ти жильный CQR, сняв общую изоляцию.
Удобно, каждая обмотка получается своего цвета. Рекомендую все же использовать МГТФ у него изоляция понадежнее.
Ферритовые кольца (хоть в книге про то и не сказано) рекомендуется надеть на выводы, подключенные к выходным диодам Д3 и Д5 150EBU04, выходного трансформатора Тр.1, дабы исключить выбросы, которые могут прикончить дорогостоящие ебушки (Д3 и Д5 150EBU04).
Так же параллельно им (Д3 и Д5 150EBU04) не помешает поставить трансилы (защитный диод) типа 1.5KE350CA.
Если вдруг случиться так, что погорят ваши ебушки, не спешите их выкидывать. Дело в том, что 150ebu04 это составной диод и состоит из двух запараллеленных кристаллов на 75 ампер каждый.
Часто бывает, что сгорает только один из них. Необходимо пропилить по середине тот вывод на котором имеются зубцы для припайки. Пилить необходимо до тех пор пока не углубитесь в сам корпус компонента на миллиметр. В результате если повезет получите довольно мощный диод на 75 ампер.
Сам мост сварочного инвертора на четырех IGBT транзисторах IRG4PC50UD получился таким.
Транзисторы расположены с другой стороны платы к ним будет прикреплен радиатор с кулерным охлаждением (вентилятор). Дорожки дополнительно усилены медным проводником миллимитрового сечения.
Для изготовления силового трансформатора Тр.1 и резонансного дросселя Др.1 использую феррит фирмы Epcos сердечник E65 №87 (приблизительный отечественный аналог 20×28 2200HMC). По одному сердечнику на трансформатор и на дроссель. На выходе сварочного инвертора 160 Ампер потянет.
В такой упаковке, как на фото, пришел мне в посылке.
На термореле наткнулся случайно, зайдя в магазин газового оборудования. В котором торговали всякими газовыми котлами и простыми колонками. Там же продавали запчасти к этому самому газовому оборудованию. Гляжу лежит на витрине термореле KSD301, как раз на 90 градусов как я и хотел. Запас по току на много больше чем мне нужно. Стоил если не ошибаюсь 30 рублей за штуку, но точно не больше.
Купил две штуки. Одну поставлю на радиатор с IGBT транзисторами IRG4PC50UD, а другую на радиатор с выходными силовыми диодами 150EBU04. Сами терморелюхи можно подключить в разрыв провода по которому идет управляющий сигнал к входному реле 12В 30А.
Купить радиодетали для сварочного инвертора можно в Китае через интернет с бесплатной доставкой . Там практически все есть:
Читайте также: