Выпрямитель для сварочного аппарата переменного тока своими руками

Обновлено: 16.05.2024

Выпрямитель сварочный предназначается для питания электрическим током сварочного поста при ручной, электродуговой сварке. Его задача – преобразование тока переменной частоты в постоянный электрический разряд, необходимый для процесса плавления металла.

Устройство сварочного выпрямителя – начнем с теории

Бытовые сварочные аппараты – это выпрямители и инверторы малой мощности, со сравнительно низким номинальным сварочным током. Имея большую длительность паузы для охлаждения между периодами работы, они малоэффективны при выполнении больших объемов работ в промышленности и производстве. Единственная занимаемая такими агрегатами ниша – бытовое назначение, а также мелко-подрядный бизнес.

Классическая компоновка сварочного аппарата включает в себя:

понижающий трансформатор;
выпрямитель (мост из полупроводниковых элементов);
конденсаторный блок (для сглаживания пульсаций на выходе преобразователя).

Перед изготовлением или приобретением любого инструмента, будь это строительный уровень или перфоратор, а у нас сварочный аппарат, необходимо определить, какие виды работ он будет выполнять. От этого напрямую зависят массогабаритные показатели устройства, типоразмер используемого электрода и, соответственно, толщина листов свариваемого металла.

Наилучшие показатели по качеству выходящего тока имеют трехфазные аппараты, подключаемые к сети 380 Вольт. Ими можно дольше работать без перерывов для охлаждения, а также производить работы с более массивными стальными конструкциями в пределах 200-400 Ампер. Идеально подойдут для сварки контейнеров, ларьков, гаражных ворот. Это то, что нужно, для малого бизнеса.

Существенным недостатком является ограниченный доступ к питающей сети. Не все дачные поселки и гаражные общества могут похвастаться доступом к таким силовым коммуникациям. К тому же, сварочный аппарат, обладающий трехфазным трансформатором, будет в 1,5-2 раза тяжелее однофазного собрата. Суммарный вес устройства с легкостью перевалит за сотню килограмм. Одному человеку такой вес не под силу, возникает необходимость монтировать колеса для передвижения или же использовать тороидальный трансформатор, который снизит общий вес на 20-40 процентов. Но стоит учесть, что его придется наматывать самому.

Однофазный сварочный выпрямитель для сварки, смонтированный на однофазном трансформаторе, рассчитанном на сеть 220 Вольт, значительно легче. Его масса на 90 % зависит от веса понижающего трансформатора и будет в пределах 30-80 килограмм. Данная техника может работать на токах 125-180 Ампер, обеспечивая качественный сварной шов при сварке несложных конструкций – ворот, навесов или ручной бетономешалки. Легкость и доступность электрической сети делают однофазные устройства крайне мобильными. Ими можно работать не только на верхних этажах высоток, но и там, где электричества нет вообще, питаясь от бензинового генератора.

Самодельный сварочный выпрямитель для однофазной сети

Вспомним школьный курс физики и поговорим о теории. Переменный ток представляет собой синусоиду или волну, которая производит колебания с частотой 50 Гц. Это означает, что за 1 секунду электричество 25 раз течет в одном направлении и 25 раз в обратном. Для процесса сварки необходимо протекание электричества только в одном направлении.

Если цепь вторичной обмотки трансформатора дополнить полупроводниковым элементом, к примеру простейшим диод, то он будет пропускать электричество только в одну сторону, а значит мы получим постоянный ток. Однако он будет пульсирующим, с частотой 25 Гц, т.е. после каждой “волны” будет аналогичная по времени, безтоковая пауза, а это нас не устраивает.

Если диод поставить наоборот, то он будет пропускать поток электронов в другую сторону, так называемую обратную полуволну. Поставив два диода по направлению друг к другу, между ними мы получим ток, представляющий собой волны, возрастающие от нуля до максимального значения напряжения, на которое рассчитана вторичная обмотка трансформатора и спадающие до нуля, после достижения которого начнется новая волна.

Таким образом получается положительный полюс источника тока, отрицательный полюс будет располагаться в центре вторичной обмотки трансформатора. Именно поэтому данная схема применима только, если у силового трансформатора есть соответствующий вывод. Если мы наматываем трансформатор самостоятельно, то вывод можно сделать, остальные случаи заставят нас частично разбирать обмотку, что нежелательно. Преимущество данной схемы – это малое количество используемых полупроводников, их всего два, а также то, что вторичная обмотка устройства разделена на две части, и, по сути, половину времени работы задействована одна часть обмотки, а другую половину – другая.

Самым распространенным вариантом рассматриваемых двухполупериодных схем выпрямления является мостовая. Она представляет собой квадрат, в каждую из сторон которого включен диод. С двух противоположных углов квадрата снимается постоянное напряжение, а на два других оно подается со вторичной обмотки трансформатора. Преимущество такого выпрямителя – это отсутствие необходимости выводить отдельный провод со вторичной обмотки, недостатком же является использование аж четырех полупроводниковых вентилей. Обе вышеупомянутые схемы, без дополнительной конденсаторной батареи, на выходе будет иметь среднее напряжение меньшее чем выходящее со вторичной обмотки.

Ucp=2*Uво/pi;
где: Ucp – действующее среднее значение напряжения;
Uво – напряжение на вторичной обмотке трансформатора;
pi – константа, число Пи (3,14).

Соответственно, ток сварки будет меньше, отсюда и меньший диаметр применяемого электрода и толщины свариваемого металла. Для уменьшения колебания напряжения на выходе сварочный выпрямитель, собранный своими руками, должен иметь параллельно включенный нагрузке конденсатор, расчет его параметров приведен ниже:

Время зарядки конденсатора:

t(зар)=(arccos(Umin/Umax))/(2*pi*f);
где t(зар) – время зарядки конденсатора.
Umin – минимальное значение, до которого разрядится конденсатор (выбираем сами, исходя из колебаний напряжения на выходе, примем равным 30 В);
Umax – амплитудное сетевое напряжение (Umax = 1,41* Uво=1,41*25=35,25 В);
f – частота сети, 50 Гц;
t(зар)=(arccos(30/35,25))/(2*3,14*50)=0,00176 секунд.

Определяем время разрядки конденсаторной батареи:

t(раз)=T-t(зар);
где Т=0,01с (для данных схем выпрямления);
t(раз)=0,01-0,00176 = 0,00824 с.

Находим ток нагрузки, на который рассчитан наш сварочный аппарат, его можно взять из расчета трансформатора или же определить по старой школьной формуле:

Iнагр= Uво/R;
где R – сопротивление цепи сварки, для расчета можно принять равным в пределах 0,13-0,18 Ом;
Iнагр= 25/0,18=139 А.

Определяем емкость конденсатора, на которой за время t(раз) при токе нагрузки Iнагр напряжение уменьшится с Umax до Umin:

C=Iнагр*t(раз)/(Umax-Umin);
C=139*0,00824/(35,25-30) = 0,217 Ф = 217 000 мкф.

Для выбора конденсатора важно знать и пиковый зарядный ток, находим его:

Ipic=C*(Umax-Umin)/t(зар);
Ipic=0,217*(35,25-30)/0,00176=647 А.

Осталось определить среднеквадратичное значение импульсного тока через конденсатор, оно вычисляется по формуле:

Isi=√(I(зар)²+I(разр)²);
где I(зар) – среднеквадратичный ток через конденсатор на цикле заряда;
I(разр) – среднеквадратичный ток через конденсатор на цикле разряда.
I(зар)=Ipic*√((t(зар)/T)/3);
I(зар)=647*√((0,00176/T)/3)=156,7 А;
I(разр)=Iнагр*t(раз)/T;
I(разр)=139*0,00824/0,01=114,5 А.

Рассчитанная нами емкость достаточна велика, единичного электролита на такую емкость не найти, а если собирать батарею, то она будет внушительных размеров. Есть смысл поставить батарею меньшей емкости, но при этом падение напряжения между волнами будет больше. Выбирая конденсатор, ориентируйтесь сначала на значение Isi, а уже после на его емкость. Isi показывает, успеет ли зарядиться конденсатор за время прохождения тока, если нет, то ставить конденсатор вообще бессмысленно. Если электролита необходимой емкости нет, то ставим несколько, соединяя их параллельно.

Схема сварочного выпрямителя, работающего от трехфазной сети

Выпрямители, построенные для питания от трехфазной электрической сети, имеют меньшую пульсацию выходного напряжения, благодаря тому, что фазы сети перекрывают друг друга, и напряжение не опускается до нуля. Один из вариантов построения трехфазного выпрямителя – это включение в каждую фазу, за обмоткой трансформатора, полупроводникового элемента, по направлению от обмотки. Далее эти выходы от диодов коммутируются в один вывод – положительный полюс источника питания, отрицательным полюсом является нулевой вывод с обмоток трансформатора.

Диодный мост пропускает только одну полуволну от каждой фазы, смещенную на 120 электрических градусов относительно друг друга. Пульсации у данной схемы в три раза чаще, чем у схем с одним включенным диодом, но амплитуда колебаний значительно меньше. Преимущества такой конструкции – это использование всего трех полупроводников, а вот недостаток все тот же – нулевой вывод с обмотки трансформатора, а значит соединение обмоток питающего трансформатора только по схеме “звезда”.

Мостовая трехфазная схема выпрямления или схема Ларионова уменьшает амплитуду пульсаций, но увеличивает их количество в три раза, по сравнению с предыдущей схемой. Диоды располагаются последовательно один за другим, а между ними к цепи подключается фаза трансформатора. Выходы с полупроводников после каждой фазы соединяются, образуя положительный полюс источника питания. Соединив входы диодов, располагающиеся до соединения цепи с фазой, получим отрицательный полюс.

Такая схема идеальна с точки зрения изготовления сварочного выпрямителя своими руками без дополнительных электронных составляющих. Вводить в цепь параллельно нагрузке конденсатор можно, но не целесообразно, качество напряжения на выходе и так высокое. Еще одним преимуществом данной схемы является возможность соединять обмотки, как по схеме “треугольник”, так и по схеме “звезда”, не используя “нулевой” провод.

Многопостовые сварочные выпрямители – считаем рабочие места

Трехфазные сети также позволяют подключать многопостовые сварочные аппараты. Мощности бытовой, однофазной сети на 220 Вольт попросту не хватит для столь мощной нагрузки. Для обеспечения работы всех постов выпрямители имеют жесткую внешнюю Вольт-Амперную характеристику. Каждый вывод для сварки имеет собственный реостат и дроссель, для индивидуальной регулировки.

Их преимущество в меньших затратах на обслуживании оборудования, а сфера применения – сварочные площадки с большим объемом работы. Это могут быть строительные площадки, на которых производится монтаж сложных металлоконструкций или судостроительные верфи. То есть область применения промышленность, но никак не быт. Количество подключаемых сварочных постов для многопостового выпрямителя рассчитаем по формуле:

n= Iвыпр/k* Iнагр;
где Iвыпр – номинальный ток, на который рассчитан выпрямитель;
Iнагр – ток, необходимый для одного поста;
k – коэффициент, учитывающий одновременную работу постов, для механической сварки берется в пределах 0.5-0.7.

Сварочный выпрямитель своими руками

Выпрямитель для сварочного аппарата строится вокруг полупроводниковых элементов, суть которых – пропускать электрические потоки только в одном направлении. На сегодняшний день использовать в схемах выпрямления можно три устройства:

диод (самый лучший, потому что самый простой, при его использовании в схему выпрямительного устройства не надо вводить блоки управления);
тиристор (для протекания тока он должен получить сигнал от системы управлении, когда проходящий ток опускается до нуля или напряжение на нем становится меньше, чем в следующей фазе, вентиль запирается);
транзистор (полностью управляемый “вентиль”, для открытия и закрытия которого необходимо подавать сигнал на управляющий электрод, к тому же, самый дорогостоящий элемент).

Использовать диод лучше всего, подумаете вы, он проще и удобней в эксплуатации. Однако есть одна особенность, при использовании диодов электрическая цепь потребует введения резистора, для регулирования силы тока. При использовании транзистора или тиристора регулировка напряжения может осуществляться блоком управления, через задержку открытия-закрытия “вентилей”, уменьшая напряжение на выходе выпрямителя и тем самым снижая ток.

Очень важно выбирать любой из вышеперечисленных элементов с запасом. Реально протекающий по цепи ток должен быть в 1.5-2 раза меньше, чем номинальный, на который рассчитан полупроводник. Максимальное обратное напряжение “вентиля” должно быть в 2 раза выше, чем напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Иначе возможны пробои элементов или выход из строя из-за перегрева.

Если есть желание, деньги и время повозиться с блоком управления, то ставим тиристоры или силовые транзисторы. Найти схему устройства блоков управления достаточно просто.

Использование диодного моста подразумевает применение мощного сопротивления, для регулировки тока сварки. Идеальный вариант – использование готового реостата в виде нихромовой или никелевой проволоки, намотанной на термостойкий диэлектрик. Можно подобрать фехралевую ступень разгона для электрических двигателей, ну или на крайний случай – стальную проволоку, опять же намотанную на диэлектрик. Выбирая сопротивление, следует исходить из того, что полностью введенное в цепь сопротивление снизит ток до нуля. Длина реостата рассчитывается по следующей формуле:

L=R/r*S;
где R – полная величина сопротивления, необходимая для уменьшения тока сварки до нуля;
r – удельное сопротивление материала, берется из справочника, как вариант, Википедии;
S – сечение наматываемой проволоки.

Еще один элемент, который иногда используют в схеме выпрямителя – дроссель. Рассчитать его параметры достаточно сложно и трудоемко, определение простого значения индуктивности не поможет. Даже если вы знаете количество витков, значительное влияние на индуктивность может оказать плотность намотки меди на магнитопровод, а также наличие зазора между проволокой и стальным сердечником.

Выход из данной ситуации – это экспериментальное определение: наматываем дроссель в несколько слоев с пятью или шестью отводами, производим тестовую сварку и по характерному треску, а также брызгам расплавленного металла подбираем индуктивность. Чем меньше брызг и слабее треск, тем лучше. Однако не всегда требуется внедрение индуктивности, так как для обеспечения падающей Вольт-Амперной характеристики сварочного аппарата может хватить индуктивности обмоток трансформатора.

Инверторный сварочный выпрямитель: разбираем, что к чему

Схема работы инверторного аппарата немного другая, чем у классического. Вместо понижающего трансформатора у него на входе устанавливается электронный фильтр, который преобразует частоту входящего электрического тока с 50 Гц до нескольких десятков кГц. После устанавливается понижающий трансформатор, а уже потом выпрямительный мост. Достоинства таких сварочных аппаратов в малом весе, по сравнению с обычными. Это достигается за счет того, что магнитопровод высокочастотного трансформатора имеет меньшие массогабаритные показатели.

Выпрямители инверторных сварочных аппаратов строятся на базе тиристоров, с системой импульсно фазового управления. Далее, как и положено, в цепь сварки, параллельно нагрузке, подключают конденсатор, а перед сварочным электродом – реостат и дроссель. Недостаток рассматриваемых выпрямителей – в количестве электроники, собрать его самому почти невозможно, как и починить. Однопостовые сварочные выпрямители с хорошими показателями выпрямленного тока при наличии всех необходимых компонентов можно собирать у себя дома, и это достойная альтернатива покупке нового выпрямителя.

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.

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.

Дроссель для сварочного аппарата своими руками

Дроссель — промышленное название такого электротехнического элемента, как катушка индуктивности. Это приспособление имеет широкий спектр применения, в частности, мощный дроссель можно использовать для улучшения рабочих характеристик полуавтомата или инвертора для сварки.

Принцип работы

Основное свойство катушки индуктивности, представляющей собой магнитопровод, намотанный с соблюдением определенных условий вокруг ферромагнитного сердечника, – это стабилизация силы тока по времени.

Проще говоря, напряжение, приложенное к катушке, вызывает плавное нарастание силы тока на выходе. Изменение полярности приводит к такому же плавному уменьшению силы тока.

Главным фактором является то условие, что ток, проходящий по дросселю, не может резко возрастать или снижаться. Именно это и определяет ценность использования дросселя для сварки — компенсация сопротивления позволяет избежать резких скачков по амперажу.

Это позволяет подстраховаться от случайного прожига свариваемых заготовок, уменьшить разбрызгивание плавящегося металла и точно подобрать параметры тока для сварки по заданной толщине металла. Шансы получить хороший шов с применением дросселя для сварки значительно выше.

Параметр, определяющий коэффициент изменения по току — индуктивность. Измеряется она в Гн (генри) — за 1 секунду при напряжении в 1 В через дроссель с индуктивностью в 1 Гн может пройти только 1 А.

Число витков на катушке напрямую влияет на величину индуктивности. Она прямо пропорциональна количеству витков, возведенному в квадрат. Но если надо изготовить сварочный дроссель своими руками, то высчитывать точное число витков не обязательно.

Так как параметры сварочных аппаратов бытового назначения в большинстве своем стандартны и общеизвестны, сварщику для изготовления дросселя собственноручно достаточно будет воспользоваться приведенной ниже инструкцией.

Предназначение

В инверторе для сварки дроссель необходим, чтобы создать на электроде электрическую дугу. Поджиг происходит при достижении определенного уровня напряжения.

Сварочный дроссель увеличивает сопротивление, что смещает фазы между током и напряжением и позволяет производить более плавный поджиг. Сам по себе этот факт часто позволяет избежать прожигания заготовки, особенно если сварке подвергаются детали из тонкого листового металла.

Плавное изменение силы тока позволяет не испортить заготовку резкой подачей завышенной мощности, оптимально установить температуру дуги и, соответственно, не допустить разбрызгивания металла при сохранении нужной глубины обработки.

Другое ценное его свойство — это частичная защита от нестабильного напряжения в сети.

Дроссель для сварочного инвертора существенно облегчает поджиг электрода, который должен загораться при более высоком напряжении, чем выдает инвертор.

Примером может служить электрод MP-3, вольтаж для возгорания которого должен составлять 70 В. Выходной дроссель для сварки может существенно облегчить работу с этим электродом для инвертора, который выдает всего 48 В в режиме холостого хода.

Это происходит благодаря явлению самоиндукции. Устройство индуцирует ЭДС (электродвижущую силу), которая вызывает пробой воздуха и вспыхивание сварочной дуги, стоит только поднести присадку на расстояние в несколько миллиметров от поверхности металла.

Дроссель для сварки подключается ко вторичной обмотке трансформатора в аппарате. Его можно использовать в аппаратах любого типа — как в самодельных, так и заводского изготовления, работающих по любому принципу — инверторных, с понижающим трансформатором и тому подобное.

Материалы для изготовления

Дроссель для дооборудования полуавтомата либо инвертора можно собрать своими руками, используя конструктивные элементы из старой техники — ламповых телевизоров, уличных фонарей старой конструкции и других устройств, в которых имеется трансформатор.

Конструктивно он представляет собой сердечник из материала, проводящего магнитное поле, но не проводящего электрический ток либо надежно заизолированного, и трех слоев обмоток, разделенных диэлектриком.

В качестве основы для сердечника подойдет либо специальный материал — феррит, обладающий данными свойствами, либо ярмо (подкова) от старого трансформатора. Намотка устройства ля сварки делается алюминиевым или медным проводом сечением 20-40 мм.

Если используется алюминий, то сечение провода должно быть не менее 36 мм, медный провод может быть тоньше. Подойдет плоская медная шина сечением 8 мм.

Габариты сердечника должны позволять намотку примерно 30 витков шины данного сечения, с учетом прокладок-диэлектриков. Рекомендуется сердечник от повышающего трансформатора советского телевизора ТСА 270-1.

Последовательность действий

Когда необходимые инструменты и материалы подготовлены, можно приступать к изготовлению дросселя для сварки. Алгоритм действий такой:

Намотку надо производить равномерно, без перехлестов, строго в одну и ту же сторону, чтобы «мостик» между катушками был с одной стороны будущего дросселя, а контакты входа и выхода с другой.

В случае ошибки перемычку можно установить и косо. Важно, чтобы ее установка превращала катушки с разным направлением обмотки в катушки с одинаковым направлением по факту.

Включение и проверка

Дроссель для сварки подключается к системе между диодным мостом и массой — контактом, который идет на соединение со свариваемым материалом. Выход диодного моста соединяется со входом дросселя, к выходу собранной катушки индуктивности — соответственно контакт массы.

Всю конструкцию для сварки в сборе необходимо протестировать на кусочке металла того же химического состава и толщины, с каким в дальнейшем планируется вести большую часть сварочных работ. Показателями качества являются:

легкий электроподжиг;
стабильность дуги;
относительно слабый треск;
плавное горение без сильных брызг расплава.

Учтите, что введение этого элемента в конструкцию сварочного аппарата приводит не только к стабилизации работы, но и к некоторому падению силы тока. Если инвертор или полуавтомат начал варить хуже, то значит — упала сила тока.

Дроссель нужно отсоединить и снять несколько витков с каждой катушки. Точное количество витков в каждом конкретном случае подбирается эмпирическим путем.

Способы регулировки сварочного тока

Качество сварного шва в значительной мере зависит от характеристик электрической дуги. Для каждой толщины металла, в зависимости от его вида требуется определенной силы сварочный ток.

Кроме этого, важна вольтамперная характеристика аппарата для сварки, от этого зависит качество электрической дуги. Для резки металла тоже требуются свои значения электротока. То есть любой сварочный аппарат должен обладать регулятором, управляющим мощностью сварки.

Способы регулирования

Управлять током можно по-разному. Основные способы регулирования такие:

введение резистивной или индуктивной нагрузки во вторичную обмотку сварочного аппарата;
изменение количества витков во вторичной обмотке;
изменение магнитного потока аппарата для сварки;
использование полупроводниковых приборов.

Схематических реализаций этих способов множество. При изготовлении аппарата для сварки своими руками каждый может выбрать себе регулятор по вкусу и возможностям.

Резистор или индуктивность

Регулировка сварочного тока с использованием сопротивления или катушки индуктивности является самой простой и надежной. К держателю сварочных электродов последовательно подключают мощный резистор или дроссель. За счет этого меняется активное или индуктивное сопротивление нагрузки, что приводит к падению напряжения и изменению сварочного тока.

Регуляторы в виде резисторов применяют для улучшения вольтамперной характеристики сварочного аппарата. Используется набор мощных проволочных сопротивлений или один резистор, выполненный из толстой нихромовой проволоки в виде спирали.

Для изменения сопротивления специальным зажимом их подключают к определенному витку провода. Резистор выполняется в виде спирали для уменьшения габаритов и удобства использования. Номинал резистора не должен превышать 1 Ом.

Переменный ток в определенные моменты времени имеет нулевые или близкие к нему значения. В это время получается кратковременное гашение дуги. При изменении промежутка между электродом и деталью может произойти прилипание или полное ее гашение.

Для смягчения режима сваривания и соответственно получения качественного шва применяют регулятор в виде дросселя, который включается последовательно с держаком в выходной цепи аппарата.

Дополнительная индуктивность вызывает сдвиг фаз между выходным током и напряжением. При нулевых или близких к нему значениях переменного тока напряжение имеет максимальную амплитуду и наоборот. Это позволяет поддерживать стабильную дугу и обеспечивает надежное ее зажигание.

Дроссель можно изготовить из старого трансформатор. Используется только его магнитопровод, все обмотки удаляются. Вместо них наматывают 25-40 витков толстого медного провода.

Данный регулятор был широко распространен при использовании трансформаторных аппаратов переменного тока благодаря своей простоте и наличию комплектующих. Недостатками дроссельного регулятора сварочного тока являются небольшой диапазон управления.

Изменение количества витков

При этом методе регулировка характеристик дуги осуществляется благодаря изменению коэффициента трансформации. Коэффициент трансформации позволяют изменить дополнительные отводы из вторичной катушки. Переключаясь с одного отвода на другой можно менять напряжение в выходной цепи аппарата, что приводит к изменению мощности дуги.

Регулятор должен выдерживать большой сварочный ток. Недостатком является трудность нахождения коммутатора с такими характеристиками, небольшой диапазон регулировок и дискретность коэффициента трансформации.

Изменение магнитного потока

Данный способ управления используется в трансформаторных аппаратах сварки. Изменяя магнитный поток, меняют коэффициент полезного действия трансформатора, это в свою очередь меняет величину сварочного тока.

Регулятор работает за счет изменения зазора магнитопровода, введения магнитного шунта или подвижности обмоток. Изменяя расстояние между обмотками, меняют магнитный поток, что соответственно сказывается на параметрах электрической дуги.

На старых сварочных аппаратах на крышке находилась рукоятка. При ее вращении вторичная обмотка поднималась или опускалась за счет червячной передачи. Этот способ практически изжил себя, он использовался до распространения полупроводников.

Полупроводниковые приборы

Создание мощных полупроводниковых приборов, способных работать с большими токами и напряжениями, позволило разработать сварочные аппараты нового типа.

Они стали способны менять не только сопротивление вторичной цепи и фазы, но и изменять частоту тока, его форму, что также влияет на характеристики сварочной дуги. В традиционном трансформаторном сварочном аппарате используется регулятор сварочного тока на базе тиристорной схемы.

Регулировка в инверторах

Сварочные инверторы – это самые современные аппараты для электродуговой сварки. Использование мощных полупроводниковых выпрямителей на входе устройства и последующей трансформации переменного тока в постоянный, а затем в переменный высокой частоты позволил создать устройства компактные и мощные одновременно.

В инверторных аппаратах основным регулятором является изменение частоты задающего генератора. При одном и том же размере трансформатора мощность преобразования напрямую зависит от частоты входного напряжения.

Чем меньше частота, тем меньшая мощность передается на вторичную обмотку. Ручка регулировочного резистора выводится на лицевую панель инвертора. При ее вращении изменяются характеристики задающего генератора, что приводит к изменению режима переключения силовых транзисторов. В итоге получается требуемый сварочный ток.

При использовании инверторных сварочных полуавтоматов настройка происходит так же, как и при использовании ручной сварки.

Кроме внешних регуляторов в блоке управления инвертором предусмотрены еще много различных управляющих элементов и защит, обеспечивающих стабильную дугу и безопасную работу. Для начинающего сварщика лучшим выбором будет инверторный аппарат для сварки.

Применение тиристорной и симисторной схемы

После создания мощных тиристоров и симисторов их стали использовать в регуляторах силы выходного тока в сварочных аппаратах. Они могут устанавливаться в первичной обмотке трансформатора или во вторичной. Суть их работы заключается в следующем.

На управляющий контакт тиристора со схемы регулятора поступает сигнал, открывающий полупроводник. Длительность сигнала может изменяться в больших пределах, от 0 до длительности полупериода тока протекающего через тиристор.

Управляющий сигнал синхронизирован с регулируемым током. Изменение длительности сигнала вызывает обрезание начала каждого полупериода синусоиды сварочного тока. Увеличивается скважность, в результате средний ток уменьшается. Трансформаторы очень чувствительны к такому управлению.

Такой регулятор имеет существенный недостаток. Время нулевых значений увеличивается, что приводит к неравномерности дуги и ее несанкционированному гашению.

Для уменьшения негативного эффекта дополнительно приходится вводить дроссели, которые вызывают фазовый сдвиг между током и напряжением. В современных аппаратах данный метод практически не используются.

Читайте также: