Как в домашних условиях собрать инверторный сварочный аппарат. Самодельный сварочный аппарат (инвертор) — конструкция, изготовление Фиксатый сварочный инвертор
Среди различных конструкций сварочных аппаратов, становятся очень популярными инверторы, благодаря оптимальным техническим характеристикам. В продаже имеется очень много устройств данного типа, однако для человека, разбирающегося в электротехнике, не составит особого труда сделать себе сварочный инвертор своими руками. Правильная сборка обеспечивает продолжительную и надежную работу таких устройств с любыми электродами, диаметр которых не превышает 4 мм.
Устройство, принцип работы и схема сварочного инвертора
Прежде чем приступать к изготовлению инвертора, необходимо изучить его основные технические характеристики. Стандартный аппарат обладает максимальным рабочим током в 220 ампер, током холостого хода - 30 ампер. Режимы работы отображаются с помощью трехзначного индикатора. Питание осуществляется от бытовой электрической сети, напряжением 220 вольт.
Также у сварочного инвертора имеются функции управления током, отображения токовых и температурных значений на индикаторе. Аппарат обладает горячим стартом, холостым ходом и спящим режимом. Он может автоматически отключаться при залипании электрода.
Основными конструктивными элементами сварочного инвертора являются блоки питания, выпрямителя и самого инвертора. Принцип работы аппарата, такой же, как у . Трансформация электроэнергии происходит в несколько этапов:
- Вначале выпрямляется переменный ток 220 В, поступающий из бытовой сети.
- Далее выпрямленный постоянный ток вновь становится переменным, но с гораздо более высокой частотой.
- На следующем этапе высокочастотное напряжение понижается.
- На выходе ток с пониженным напряжением вновь выпрямляется, сохраняя при этом высокую частоту.
В обычных конструкциях основным элементом сварки является силовой трансформатор высокой мощности. С его помощью производится уменьшение сетевого переменного тока, а вторичная обмотка позволяет получать токи высокой частоты, необходимые для нормальной сварки. Такие аппараты имеют большие габариты и массу.
Преодолеть эти недостатки стало возможно с появлением сварочного инвертора. Размеры устройства значительно снизились из-за повышения частоты рабочего тока до 80 кГц и выше. Таким образом, габариты и масса устройства уменьшаются пропорционально увеличению рабочей частоты.
Откуда же берутся высокие частоты при наличии всего 50 Гц в рабочей сети? Они появляются за счет инверторной схемы, в состав которой входят мощные транзисторы с возможностью переключения в диапазоне 60-80 кГц. Для нормального функционирования, им необходима подача постоянного тока, получаемого через выпрямитель. Конструкция выпрямителя включает в себя и сглаживающие фильтры.
С помощью выпрямителя становится возможным получение постоянного тока, напряжением 220 вольт. Сами инверторные транзисторы соединяются с трансформатором, понижающим напряжение. Поскольку транзисторы переключаются с высокой частотой, то и работа трансформатора осуществляется на аналогичных частотах.
Намотка проводников трансформатора
Для намотки трансформатора используется не провод, а медная жесть, ширина которой составляет 40 мм, толщина - 0,3 мм. Она обертывается в термобумагу, толщиной 0,05 мм, применяемую в кассовых аппаратах. Такая бумага обладает повышенной прочностью и не рвется. Обычный проводник не подходит в связи с работой трансформатора на токах высокой частоты. В процессе эксплуатации происходит вытеснение этих токов на поверхность толстого провода, а середина остается не задействованной. В результате, возникает сильный нагрев, известный как .
Преодолеть негативное действие такого эффекта возможно только с помощью проводника с большой площадью поверхности. Это качество в полной мере соответствует тонкой медной жести. Для вторичной обмотки используется три слоя этого материала, разделяемые тонкой фторопластовой пленкой. Все слои обернуты термобумагой, которая темнеет при нагревании, но это никак не влияет на ее свойства.
Вместо медных жестяных пластин допускается использование в качестве обмотки, провода ПЭВ, сечение которого составляет 0,5-0,7 мм. Данный проводник состоит из множества жил, образующих между собой воздушные зазоры. В результате, замедляется теплообмен, а общая площадь сечения проводов уменьшается на 30% по сравнению с медными пластинами.
Все рекомендации обязательны к исполнению, поскольку нагревается не ферритовый сердечник, а обмотка. Поэтому в процессе работы для всей конструкции предусмотрен обдув вентилятором внутри корпуса греющихся деталей.
Другие конструктивные элементы
При самостоятельной сборке сварочного инвертора в качестве охлаждающих элементов могут использоваться радиаторы с вентиляторами, которые применялись в компьютерах старых моделей. Для силового моста потребуется два таких радиатора. Один из них задействован на верхней, а другой - на нижней части моста. Эти радиаторы соединяются с диодами моста HFA30 и HFA25 с использованием слюдяной прокладки. Для диодов IRG4PC50W вместо прокладки используется специальная теплопроводящая паста КТП8.
Диодные и транзисторные выводы прикручиваются на каждом радиаторе, навстречу друг другу. Между ними вставляется плата, соединяющая детали моста с цепью питания 300 В. На нее припаиваются конденсаторы в количестве от 12 до 14 штук, емкостью 0,15 мкф, рассчитанные на 630 В. Данные элементы, обеспечивают уход трансформаторных выбросов в цепь питания. В результате, происходит ликвидация резонансных выбросов тока, поступающих от силовых ключей трансформатора. Оставшиеся части моста соединяются между собой с помощью коротких проводников.
В схеме инвертора имеются снабберы с конденсаторами хорошего качества С15 или С16. Они осуществляют глушение резонансных выбросов трансформатора, значительно снижают потери IGBT при его выключении.
Настройка систем инвертора
После сборки необходимо правильно настроить все системы сварочного инвертора. В первую очередь необходимо подать напряжение 15 В на ШИМ и на один из вентиляторов. Это делается с целью разрядки емкости С6 осуществляющей контроль над временем срабатывания реле. С помощью реле замыкается резистор, который после зарядки конденсаторов снижает всплески тока после включения аппарата в сеть, напряжением 220 В.
Далее, через несколько секунд после подачи питания на ШИМ проверяется срабатывание реле, с помощью которого замыкается резистор. После срабатывания обоих реле выполняется проверка платы ШИМ на наличие прямоугольных импульсов, поступающих к оптронам.
Правильная работа моста определяется путем подачи на него питания 15 В. При этом потребляемый ток на холостом ходу не должен быть больше 100 мА. Для определения правильного распределения фаз в обмотках силового трансформатора используется двухлучевой осциллограф. Один луч охватывает первичную обмотку, а другой вторичную. В результате, получаются одинаковые фазы импульсов, однако напряжение в обмотках будет разным.
Когда уже собран сварочный инвертор, на мост подается питание через силовые конденсаторы и лампочку, мощностью 150-200 Вт с напряжением 220 В. Частота ШИМ предварительно устанавливается в размере 55 кГц. Далее осциллограф подключается к коллектору эмиттера нижнего транзистора IGBT. После этого нужно понаблюдать за формой сигнала, с целью исключения всплесков напряжения более 330 вольт.
Чтобы подключить к бортовой электросистеме автомобиля бытовые устройства требуется инвертор, который сможет повысить напряжение с 12 В до 220 В. На полках магазинов они имеются в достаточном количестве, но не радует их цена. Для тех, кто немного знаком с электротехникой есть возможность собрать преобразователь напряжения 12 220 вольт своими руками. Две простые схемы мы разберем.
Преобразователи и их типы
Есть три типа преобразователей 12-220 В. Первый — из 12 В получают 220 В. Такие инверторы популярный у автомобилистов: через них можно подключать стандартные устройства — телевизоры, пылесосы и т.д. Обратное преобразование — из 220 В в 12 — требуется нечасто, обычно в помещениях с тяжелыми условиями эксплуатации (повышенная влажность) для обеспечения электробезопасности. Например, в парилках, бассейнах или ванных. Чтобы не рисковать, стандартное напряжение в 220 В понижают до 12, используя соответствующее оборудование.
Третий вариант — это, скорее, стабилизатор на базе двух преобразователей. Сначала стандартные 220 В преобразуются в 12 В, затем обратно в 220 В. Такое двойное преобразование позволяет иметь на выходе идеальную синусоиду. Такие устройства необходимы для нормальной работы большинства бытовой техники с электронным управлением. Во всяком случае, при установке настоятельно советуют запитать его именно через такой преобразователь — его электроника очень чувствительная к качеству питания, а замена платы управления стоит примерно как половина котла.
Импульсный преобразователь 12-220В на 300 Вт
Эта схема проста, детали доступны, большинство из них можно извлечь из блока питания для компьютера или купить в любом радиотехническом магазине. Достоинство схемы — простота реализации, недостаток — неидеальная синусоида на выходе и частота выше стандартных 50 Гц. То есть, к данному преобразователю нельзя подключать устройства, требовательные к электропитанию. К выходу напрямую можно подключать не особ чувствительные приборы — лампы накаливания, утюг, паяльник, зарядку от телефона и т.п.
Представленная схема в нормальном режиме выдает 1,5 А или тянет нагрузку 300 Вт, по максимуму — 2,5 А, но в таком режиме будут ощутимо греться транзисторы.
Построена схема на популярном ШИМ-контроллере TLT494. Полевые транзисторы Q1 Q2 надо размещать на радиаторах, желательно — раздельных. При установке на одном радиаторе, под транзисторы уложить изолирующую прокладку. Вместо указанных на схеме IRFZ244 можно использовать близкие по характеристикам IRFZ46 или RFZ48.
Частота в данном преобразователе 12 В в 220 В задается резистором R1 и конденсатором C2. Номиналы могут немного отличаться от указанных на схеме. Если у вас есть старый нерабочий беспербойник для компьютера, а в нем — рабочий выходной трансформатор, в схему можно поставить его. Если трансформатор нерабочий, из него извлечь ферритовое кольцо и намотать обмотки медным проводом диаметром 0,6 мм. Сначала мотается первичная обмотка — 10 витков с выводом от середины, затем, поверх — 80 витков вторичной.
Как уже говорили, такой преобразователь напряжения 12-220 В может работать только с нагрузкой, нечувствительной к качеству питания. Чтобы была возможность подключать более требовательные устройства, на выходе устанавливают выпрямитель, на выходе которого напряжение близко к нормальному (схема ниже).
В схеме указаны высокочастотные диоды типа HER307, но их можно заменить на серии FR207 или FR107. Емкости желательно подобрать указанной величины.
Инвертор на микросхеме
Этот преобразователь напряжения 12 220 В собирается на основе специализированной микросхемы КР1211ЕУ1. Это генератор импульсов, которые снимаются с выходов 6 и 4. Импульсы противофазные, между ними небольшой временной промежуток — для исключения одновременного открытия обоих ключей. Питается микросхема напряжением 9,5 В, который задается параметрическим стабилизатором на стабилитроне Д814В.
Также в схеме присутствуют два полевых транзистора повышенной мощности — IRL2505 (VT1 и VT2). Они имеют очень низкое сопротивление открытого выходного канала — около 0,008 Ом, что сравнимо с сопротивлением механического ключа. Допустимый постоянный ток — до 104 А, импульсный — до 360 А. Подобные характеристики реально позволяют получить 220 В при нагрузке до 400 Вт. Устанавливать транзисторы необходимо на радиаторы (при мощности до 200 Вт можно и без них).
Частота импульсов зависит от параметров резистора R1 и конденсатора C1, на выходе установлен конденсатор C6 для подавления высокочастотных выбросов.
Трансформатор лучше брать готовый. В схеме он включается наоборот — низковольтная вторичная обмотка служит как первичная, а напряжение снимается с высоковольтной вторичной.
Возможные замены в элементной базе:
- Указанный в схеме стабилитрон Д814В можно заменить любым, выдающим 8-10 V. Например, КС 182, КС 191, КС 210.
- Если нет конденсаторов C4 и C5 типа К50-35 на 1000 мкФ, можно взять четыре 5000 мкФ или 4700 мкФ и включить их параллельно,
- Вместо импортного конденсатора C3 220m можно поставить отечественный любого типа на 100-500 мкФ и напряжение не ниже 10 В.
- Трансформатор — любой с мощностью от 10 W до 1000 W, но его мощность должна быть минимум в два раза выше планируемой нагрузки.
При монтаже цепей подключения трансформатора, транзисторов и подключения к источнику 12 В надо использовать провода большого сечения — ток тут может достигать высоких значений (при мощности в 400 Вт до 40 А).
Инвертор с чистым синусом а выходе
Схемы денных преобразователей сложны даже для опытных радиолюбителей, так что сделать их своими руками совсем непросто. Пример самой простой схемы ниже.
В данном случае проще собрать подобный преобразователь из готовых плат. Как — смотрите в видео.
В следующем ролике рассказано как собирать преобразователь на 220 вольт с чистым синусом. Только входное напряжение не 12 В, а 24 В.
А в этом видео как раз рассказано, как можно менять входное напряжение, но получать на выходе требуемые 220 В.
В сварочных работах применяют специально приспособленные для определенных целей устройства. Схемы отдельных аппаратов разительно отличаются по строению. Среди самых практичных и широко распространенных, можно выделить инверторную схему. Аппарат, собранный по данной схеме, плавно и точно настраивается, компактен, для мастеров, которые работают на выезде, он просто незаменим.
Схема инверторного аппарата одна из самых простых, все необходимые элементы плат и транзисторы без труда можно найти в магазинах радиодеталей, а схемы сборки — у мастеров. Задача собрать такой вполне по силам людям, умеющим работать с паяльником.
Принцип работы инверторного сварочного аппарата
Сам по себе данный прибор является подобием мощного блока питания, аналогичного импульсным блокам типа АТ и АТХ, которые устанавливают в персональных компьютерах. Порядок изменений исходных параметров электрического тока в этих двух устройствах идентичен. В инверторе электрическая энергия проходит через ряд преобразований:
- Переменное напряжение бытовой сети преобразуется в постоянное.
- Постоянный ток преобразуется в переменный с высокой частотой.
- Значение напряжения понижается.
- Ток со сниженным вольтажом выпрямляется с сохранением заданной частоты.
Все перечисленные преобразования объясняются необходимостью уменьшить вес и габариты силовых трансформаторов сварочных аппаратов.
Принцип работы старых аппаратов сводился к снижению напряжения от питающей сети и росту значения силы тока на вторичной обмотке до нескольких десятков, а то и сотни ампер — значения необходимого для дуговой сварки. Чтобы обеспечить нужное соотношение по снижению вольтажа и росту величины силы тока, у вторичной обмотки задавалось меньшее число витков и большее сечение провода. Потому старые сварочные трансформаторы были с большими габаритами и массой. Производство трансформаторной обмотки требовало крупных затрат медного провода, из-за чего стоили сварочные аппараты совсем не дешево.
Поправить положение позволили инверторные схемы. Посредством увеличения частоты тока на рабочей обмотке до 60-80 кГц и выше получилось уменьшить размеры и вес всей конструкции. За счет 4-кратного увеличения рабочей частоты преобразования габариты аппарата уменьшились вдвое. А в нашем случае речь идет о тысячекратном увеличении частоты.
Столь высокие значения частоты переменного тока достигаются установленными в инверторной схеме транзисторами переключения, которые сообщаются между собой с частотой 60-80 кГц. Ток к транзисторам приходит постоянный, от выпрямителя. Переменное напряжение выпрямляется мостовой схемой из диодов и выравнивается конденсаторами. На выход из выпрямителя и конденсатора поступает постоянное напряжение 220 В. Такова первая ступень схемы.
Высокочастотные транзисторы инверторной цепи передают переменный высокочастотный ток на понижающий трансформатор. Так как рабочая частота уже в 1000 раз ниже частоты питающей сети, трансформатор представляет собой очень компактную катушку.
Вернуться к оглавлению
Компоненты схемы сварочного аппарата
Инверторная схема рассчитана на значение тока питающей сети до 32 А и напряжение 220-230 В. Значение тока на выходе из преобразователя достигает 250 А. Такая величина гарантирует создание прочного шва при сварке электродом на расстоянии до 1 см. Блок питания инверторного аппарата включает такие компоненты:
- Трансформатор с основанием из ферритного сердечника 7х7 или 8х8.
- Первичная обмотка, насчитывающая 100 колец из провода диаметром 0,3 мм.
- Внутренний заход вторичной обмотки на 15 оборотов проводом толщиной 1 мм.
- Средний заход вторичной обмоткой на то же количество витков проводом меньшей толщины (0,2 мм).
- Наружный заход вторичной обмотки на 20 оборотов провода с толщиной 0,35 мм.
Вернуться к оглавлению
Сборка трансформатора
Перед тем как навивать провода на сердечник трансформатора, его оборачивают медью. Ширина полос составляет 40 мм, высота ленты — 0,3 мм. Вместе с медной лентой сердечник обматывается термобумагой. Для этой цели хороша кассовая лента и любая другая тонкая и прочная бумага, которой удобно будет обтянуть сердечник. Провод круглого сечения на первичную обмотку не годится, потому что он легко перегревается. Из-за этого токи перенаправляются на внешнюю сторону обмотки, а внутренние слои остаются ненагруженными.
Вторичная обмотка укладывается в 3 слоя проводов, между которыми вставляют прокладки из фторопласта. Для этих целей не подходят стандартные провода с диаметром 0,5-0,7 мм. Из-за круглого сечения в обмотке они плохо прилегают друг к другу, оставляя зазоры, тем самым ухудшают теплообмен.
Накручивая обмотку, обращайте внимание, чтобы провод завивался без промежутков вокруг сердечника. Только так напряжение будет стабильным. Типичная схема инверторного прибора подразумевает наличие двух трансформаторов с частотой 41 кГц, но подойдут и на 55 кГц. Затем устанавливаются изолирующая прокладка и дроссель с маркировкой L2. Сбоку платы дополнительно ставят вентилятор для обдува, его электрические характеристики 0,13 А и 220 В.
Вернуться к оглавлению
Пайка инверторной платы
На составление идут кулеры и радиаторы, которые встречаются в компьютерных блоках питания. Их можно извлечь из старой техники или обратиться в магазин радиодеталей за новыми.
Радиаторы ставятся вверху и внизу концов косого моста.
Диоды крепятся к радиаторам на предварительно заготовленную прослойку из слюды.
Для сборки инвертора потребуется кулер.
Когда для распределения потоков применяется мост IRG4PC50W, следует использовать термопасту вместо слюды.
Направление выводов транзисторов и диодов выставляется навстречу друг другу. В промежутке между радиаторами монтируется плата, которая соединит все участки цепи питания сварочного прибора с промежуточными элементами моста. Имейте в виду, что расчетное напряжение цепи питания 300 В. Мощности, сбрасываемые трансформатором, должны уходить в цепь, для чего на плату припаивают конденсаторы на 0,15 мкФ. Установка после трансформатора снабберов и конденсаторов гасит нежелательные перенапряжения от бросков на выходе из вторичной обмотки.
Почему некоторые люди предпочитают промышленной технике изготовленную самостоятельно из имеющихся в наличии подсобных материалов? Возможно причина кроется с высокой стоимости качественного оборудования. Ведь если необходимо выполнить сварку в незначительных объемах, то приобретать для этого дорогостоящий аппарат многие считают нецелесообразным. Однако так ли это на самом деле?
И может ли простой сварочный инвертор своими руками собранный одним из народных умельцев конкурировать по качеству производимых работ с изготовленном на промышленной основе оборудованием? Чаще всего нет, но все же тяга получить необходимый аппарат практически бесплатно все также присутствует у многих. Поэтому стоит рассмотреть, как с минимальными затратами сделать инвертор самому.
Что представляет собой такое устройство
Устройство инвертора
Прежде, чем приступать к разработке и проектированию оборудования нужно как можно больше узнать о его принципах работы. Что касается инвертора сварочного, собранного своими руками, то стоит отметить, что они отличаются от обычных не принципами создания дуги, а всего лишь типом источника питания.
Первые такие модели появились на рынке в конце 1970-х годов и за время своего использования были неоднократно усовершенствованы. Сегодня они оснащены электронными платами, что позволило добиться высокого качества шва.
Простой сварочный инвертор – это два преобразователя напряжения, способные работать при высоких мощностных характеристиках, который может быть собран своими руками. Причем управляются они при помощи электронного микропроцессора.
Как работает сварочный инвертор
Принцип действия этого устройства основан на изменении энергии постоянного тока в переменный повышенной частоты. Причем сам процесс управляется микропроцессором и на выходе получается увеличение частоты и силы тока. Он выполняется дважды. На первом преобразователе ток из сети превращается в постоянный, на втором – он снова станет переменным, с той лишь разницей, что напряжение будет более низким, а частота – высокой.
Смотрим видео, виды сварочных аппаратов и принцип их работы:
Чтобы было более понятно стоит рассмотреть работу конкретной модели мощного сварочного инвертора на 160 ампер, собранного своими руками. Он в процессе выполнения сварного шва может использовать электрод четверку. Но прежде чем приступить к работе нужно замерить напряжение в сети. Оно не должно быть ниже 220 В иначе будет происходить залипание электрода. В противном случае придется воспользоваться более мощным аппаратом.
После того, как инвертор запущен процесс сварки происходит так же как с оборудованием другого типа с той лишь разницей, что для образования дуги не потребуется точного удержания зазора.
Набор комплектующих для самодельного агрегата
Доморощенные мастера утверждают, что собрать инвертор своими силами несложно, единственное условие – это определенные знания по электронике. Если вы обладаете определенным опытом в этой сфере, то смело можете приступать к сборке оборудования.
Схема блока питания инвертора
Для этого понадобятся:
- схема – ее можно найти в сети;
- трансформатор и полоса жести размером 40х0,3 мм;
- термопрослойка (канцелярская бумага и кассовая лента);
- медная лента.
Имея все составляющие под руками можно приступать к сборке.
Этапы сборки оборудования
Процесс изготовления начинается с намотки на трансформатор ленты, выполненной из меди. Между ее слоями будет располагаться бумага, но выбирать нужно прочную, чтобы не разрывалась при использовании. Поскольку предполагается, что инвертор, собранный своими руками, эксплуатируется на высоких частотах, то не стоит использовать толстые провода, так как может произойти перегрев.
Смотрим видео, сварочный аппарат для мелких деталей, этапы работ:
Второй слой обмотки лучше всего выполнять из трех полос меди, между которыми проходит фторопластовая изоляция. Затем снова используется бумага, она потемнее со временем, но это не повлияет на ее свойства.
В качестве вентилятора на простом сварочном инверторе, собранном своими руками, можно использовать кулер из старого компьютера на 0,15 А.
После того как трансформатор готов можно приступать к системе охлаждения. Лучше всего если она будет взята из процессора ПК. Для нормальной работы инвертора потребуется 6 вентиляторов. Причем три из них для охлаждения обмотки двигателя.
Смотрим видео, этапы изготовления полноценного сварочного аппарата своими силами:
Далее в процессе изготовления инвертора своими руками переходят к установке силового косого моста. Его выполняют на двух радиаторах. Верхний его край крепится на одной стороне, а нижний – подсоединяется к другому мосту. Диоды выводятся навстречу транзисторам. Также потребуется установка 14 конденсаторов, которые помогут снизить выбросы.
И если сборка устройства по готовой схеме занимает 5-6 часов, то вот с его настройкой придется провозиться значительно дольше.
Подключение оборудования
Чтобы убедиться в работоспособности самодельного аппарата придется подключить его к электросети. В этот момент, если сборка инвертора своими руками произведена правильно должны появиться громкие звуки, которые означают, что блок включен. Постепенно осуществляется подача электричества не вентилятор, что приводит к более тихой работе и уменьшает нагрев оборудования.
Далее реле замыкается при помощи реле, что приводит к уменьшению скачков тока при включении. Специалисты не рекомендуют подключать трансформатор без резисторов, так как это может привести к выходу устройства из строя.
Проверить амплитуду инвертора, собранного своими руками можно используя усилитель и оптрон. А правильность работы инвертора покажет сигнал осциллографа. Если поступающие с разных обмоток импульсы совершенно одинаковые, то с вашим устройством все в порядке.
И на последнем этапе нужно проконтролировать работу трансформатора, увеличив уровень пропуска до 200 Вт. Чтобы узнать результат к устройству необходимо подключить осциллограф.
Настройка инвертора
Когда оборудование изготовлено и проверено на работоспособность остается его отладка. Для этого на ШИМ и вентилятор подается питание. Если обе системы работают синхронно, значит, ваш прибор готов к эксплуатации.
Однако стоит проверить срабатывает ли реле замыкания, а также и сама плата. Важно определить происходит ли идентификация наличия импульса после срабатывания реле. И только после этого этапа проверки можно подавать напряжение на мост. При этом ход работы может быть оставлен холостой, а вот сила тока должна устанавливаться в 100 мА.
Вне зависимости от конструктивных особенностей инвертора, собранного своими руками, необходимо убедиться в правильной установке трансформаторных фаз. В этом поможет осциллограф, направив лучи на первичную и вторичную обмотки следят чтобы напряжение на нижнем эмиттере не было более 330 В.
В самодельных устройствах иногда присутствуют шумы на трансформаторных фазах. Убедиться, что ваш прибор лишен этого недостатка можно проверив полярность. Для этого на мост агрегата подается питание через любое бытовое устройство, например, электрочайник.
Специфика эксплуатации собранного агрегата
Перечень причин неисправностей
Самодельное устройство не всегда сразу работает как положено и причиной этому могут быть неисправности. Поэтому при подключении инверторного сварочного аппарата, собранного своими руками, к сети уровень тока должен быть 120 А. Если он ниже, значит, имеются неполадки и нужно еще раз перепроверить работу каждого из узлов.
При нормальном запуске на экране индикатора отобразиться значение рабочей силы тока – 120 А. Она может быть изменена нажатием соответствующей кнопки на панели управления. В процессе эксплуатации самодельного инвертора может возникнуть необходимость контроля температуры сварочного агрегата.
В этом случае нужно одновременно нажать обе кнопки индикатора. Поскольку управление приборов осуществляется электроникой, то специальная программа подаст сигнал при превышении уровня температуры выше допустимого. В этом случае инвертор обычно не выключается, но снижает уровень тока до 20 А.
Сварочный инвертор – удобный мобильный аппарат, работающий от сети 220В. Его легкая масса и небольшие размеры позволяют вести работу на любых строительно-ремонтных объектах и в домашних условиях.
Предназначен он для сварки на постоянном токе черных и цветных металлов. Комплектация состоит из 2 сварочных кабелей, щетка и инструкции. Установка специальной горелки позволит устройству работать в среде защитных газов.
Основные технические параметры, которым отвечает большинство инверторов:
- настройка сварочного тока в пределах от 20 до 250А;
- напряжение ХХ 50-70В;
- частота промышленная 50Гц;
- диаметр электрода 1,6-5мм;
- используемая мощность примерно 4-12кВт;
- рабочий цикл при 200А равен 60%;
- КПД 85%;
- вес от 3 до 12кг;
Кроме параметров, оборудование должно выполнять основные требования:
- Мягкое зажигание и равномерное горение дуги.
- Контроль мощности и силы тока.
- Срабатывание защиты при коротком замыкании.
- Качественное формирование наплавляемого валика.
Преимущества:
- Экономия электроэнергии.
- Простота в обращении.
- Надежность и безопасность.
Перед сборкой нужно знать устройство
Различные типы и виды сварочных инверторов производят во всем мире. За короткий период времени они приобрели популярность среди людей. Важным фактором в этом сыграла доступность в цене.
Рассмотрим подробней, из чего сделаны самые распространенные маломощные агрегаты на примере COLT 1300 от итальянского производителя:
- Корпус изготовлен из металлического защитного кожуха толщиной 1мм. Он одет на боковые панели.
- На лицевую стенку выведены разъемы для подключения кабелей, регулятор силы тока, индикатор сети и защиты.
- На задней части присутствует выключатель.
- На всей оболочке выполнены технологические отверстия для вентиляции.
- Внутри находится электрическая плата , на которой закреплены все детали схемы.
Такой вариант сборки наиболее удобный.
Китайцы делают начинку из 4,5 пластин. Это не относится к минусам, но при проектировке своего аппарата возьмем более простую идею.
Комплект состоит из следующих единиц:
- электроплита;
- конденсаторы;
- радиаторы;
- вентилятор;
- поглощающий фильтр;
- диодный выпрямитель;
- транзисторы;
- блок управления;
Остальное показано в спецификации.
Схемы
Одним из первых шагов изготовления инвертора – определение его рабочей схемы. Поскольку в интернете находится большое количество выбора, нет необходимости придумывать, что-то новое.
За основу будем продолжать использовать информацию об инверторе модели COLT1300, рабочая схема показана на рисунке 1:
Рис 1.
На рисунке 2 изображена схема блока управления процессами, проходящими в силовой части. У рассматриваемого типа аппарата схемы втиснуты на одну плату. Изменим это и блок управления сделаем на отдельной плате.
Рис.2Разобьем основную схему на несколько частей и получим:
Для изготовления электрических 4 плат, потребуется следующее:
- текстолит FR4 150×250мм (2мм);
- перманентный черный маркер;
- лимонная кислота и перекись водорода;
- флюс паяльный ЛТИ-120;
- сверло диаметром 1мм и 2мм;
В программе Dip Trace чертим силовую схему:
Преобразовываем в плату:
В конце получится рисунок:
Пример показан на более простой схеме. Скачать учебник для работы в Dip Trace можно на сайте Full-Chip.net . В нем последовательно описывается каждая операция для печати микросхем.
Полученное изображение макета надо распечатать на лазерном принтере, это обязательное условие, чернило, не даст нужный эффект:
- Подготовим текстолит. Слегка зачистить мелкозернистой наждачной бумагой до яркой поверхности. Прикладываем к пластине напечатанный макет и сверху заворачиваем еще одним слоем газетной бумаги.
- Прикладываем горячий утюг и ждем 15-20 секунд. Даем постепенно остыть, затем что бы легко было отдирать, замачиваем водой. Если на каком-то участке связь плохо пропечаталась, дорисовываем черным маркером.
- Готовим ванну для травления платы. В раствор входит лимонная кислота, перекись водорода и вода. Емкость достаточного размера, чтобы плата могла полностью в нее войти. С этой смесью надо соблюдать осторожность, работать в резиновых перчатках. Размешивать только деревянными предметами, металлическими нельзя.
- Дальше все это надо поставить в теплое место или в таз с теплой водой. Контролируя процесс можно увидеть, когда не окрашенный медный налет сойдет, тогда можно доставать деталь.
- Высушиваем схему и снимаем наждачной бумагой маркер. Покрываем поверхность флюсом ЛТИ-120. Что бы ни дать окислятся дорожкам, их надо осторожно полудить до приятного блеска.
Итак, получаем две платы на силовую схему и блок управления.
Необходимые материалы, детали и инструменты
Для сборки самодельного инвертора потребуется :
- отвертка;
- плоскогубцы;
- кусачки;
- болгарка с отрезным и засечным кругами;
Список материала:
- металл толщиной 1мм, для изготовления корпуса и кожуха;
- саморезы;
- медные провода;
- готовые платы для деталей;
- олово, припой;
- ферритные кольца для трансформатора;
- теплопроводная паста КПТ-8;
- ферритовый сердечник;
- катушка провода ПЭТВ d=1,5 для обмотки трансформатора;
И список деталей:
- силовые VS-150 EBUO4;
- транзисторы IRG4PC50UDPBF IGBT 600В 55А 60кГц;
- высокоскоростной ШИП – контролер для импульсных источников питания UC3825N;
- реле мягкого пуска Finder, с шагом 3,5 16А 250В;
- резистор силовой SQP3BT 47Ом;
- фильтр подавления ЭМП B82731-N2102-A20;
- конденсаторы 470мКф 450В серия LS 35×45;
- радиаторы Hs 113-50 50x85x24;
- вентилятор DEEPCOOL WIND BLADE 80, 80мм;
- диодный мост КЦ405 90-92;
Сборка, пошаговая инструкция
Начинаем сборку с конструкции корпуса. Размечаем на металлическом листе две части оболочки. На рисунке изображены п-образные заводские половинки.
В домашних условиях сделать точно такие кожуха невозможно, но по примеру можно попытаться:
Разъяснение:
- Размеченный лист режим болгаркой, а затем гнем на гибочном самодельном станке.
- Внутрь основания устанавливаем перемычки, на которых будут платы.
- На Ш – образные пластины наматываем обмотки. Первичная обмотка – 100 витков, между слоями подкладываем прокладку, тонкую, плотную бумагу. Вторичная обмотка – 50 витков.
- Устанавливаем с помощью паяльника и припоя детали на приготовленные платы по схемам.
- Транзисторы и диоды устанавливаем на радиаторы. Между ними наносим теплопроводную пасту КПТ-8.
- Схемы соединяем изолированными проводниками. Не так важен диаметр, как длина, которая не должна превышать 140мм. Провода должны быть скручены между собой.
Похожий пример сборки указан на изображении:
Настройка инвертора
Настройку преобразователя будем проводить в диапазоне 20-85кГц:
- Даем нагрузку на обмотку понижающего трансформатора.
- Сравниваем вид сигнала с правильным рисунком
Разъяснения:
- Ступенька смены полярности должна быть не меньше 1,2мкс.
- Важно настраивать аппарат под нагрузкой для получения максимальных параметров собранного оборудования.
- К выходам подключаем примерное сопротивление в 0,14Ом.
- Дальше подключаем генератор, к диодному мосту рассчитывая фазы.
- Питание должно быть 12-25В во вторичную обмотку силового трансформатора подключаем лампочку.
- Регулируя частоту , добиваемся наиболее яркого горения дуги.
- В случае поломки транзистора или диода придется производить замену сгоревшей детали.
- Настройку провести заново.
Если выходные параметры не соответствуют требуемым, возможно причина в неправильной или некачественной обмотке трансформатора. Не соблюдены зазоры между обмоткой или плохая подкладка между слоями.
Напряжение на выходе стабилизаторов должно быть +15В и -15В.
На резисторе перед драйвером подключаем потенциометр регулятора тока на минимум.
Имитируем увеличение тока. На выходе, напряжение повышается до 5В. ШИМ-сигнал выдает частоту 30кГЦ.
При повышении тока, напряжение повышается, а сигнал частоты становится меньше. В конце. настройку проводить с инвертором. Настраиваем максимальный ток, затем с помощью потенциометра устанавливаем частоту ШИМ-сигнала равной 30кГц.
Правила использования
Сварочное оборудование требует к себе ответственное отношение:
- Перед работой подготовьте рабочие место. Нормально когда много свободного пространства.
- Инвертор плохо реагирует на перепады температур, погодные условия.
- Избегайте пыли. Она очень хорошо проводит ток. На промышленных предприятиях есть сжатый воздух, которым можно продувать оборудование.
- Не перегревайте аппарат. Интенсивные электрические процессы, протекающие в схемах, приводят к большому их нагреву. Перегоревшая деталь – частая проблема поломки. В среднем, непрерывная работа длится 5-6 минут.
- Выбор проводов для кабелей зависит от толщины электрода. Для бытовых потребностей используйте диаметр 3мм. Сварка таким диаметром позволит использовать тонкие и легкие кабеля. Их длина не должна быть больше 1,5м.
- Перед работой проводится проверка всех соединений проводов, чтобы избежать нарушений с подачей тока.
- Присоедините плюс к металлу, минус на держателе. Включите аппарат в розетку и нажмите кнопку пуск на задней панели. Настройте сварочный ток. Его сила должна быть достаточной, чтобы расплавлять, но не пережигать металл.
- Работать требуется в специальной, негорящей одежде, в рукавицах и щитке.
Затраты при самостоятельной сборке
В данном разделе приводится подсчет средств, вложенных в сборку сварочного инвертора. В списке приведены основные элементы оборудования. Все, что не вошло в список, имеет малое значение.
Цена, напротив, указана за одну единицу:
- теплопроводная паста – КПТ-8 200р;
- ферритовый сердечник – 170р;
- катушка провода – ПЭТВ d=1,5 для обмотки трансформатора 550р;
И список деталей:
- силовые диоды VS-150 EBUO4 390р-1шт;
- транзисторы IRG4PC50UDPBF IGBT 600В 55А 60кГц 230-1шт;
- высокоскоростной ШИП – контролер для импульсных источников питания UC3825N 300р-1шт;
- реле мягкого пуска Finder, с шагом 3,5 16А 250В 70р;
- резистор силовой SQP3BT 47Ом 9р;
- фильтр подавления ЭМП B82731-N2102-A20 57р;
- конденсаторы 470мКф 450В серия LS 35×45 770р-1шт;
- радиаторы Hs 113-50 50x85x24 180р-1шт;
- вентилятор DEEPCOOL WIND BLADE 80, 80мм 260р;
- диодный мост КЦ405 90-92 27р;
Принцип действия
Инвертор – источник питания электрической дуги. Обладая малыми габаритами, он обеспечивает стабильное горение электрода. Поддерживать эти процессы удается несколько раз выпрямленному и преобразованному напряжению.
Сравним обычный трансформатор с его конкурентом. Первый служит для понижения напряжения сети до 60В. Мощная медная обмотка позволяла после этого пропускать высокий ток. Простая конструкция имеет минусы – расход меди, большой вес.
Убрать эти 2 недостатка получилось с помощью повышения рабочего импульса с 0,05кГц до 65кГц.
Упрощенная схема изменения энергии показана на рисунке:
Разъяснения схемы:
- Напряжение сети 220В с колебанием 50Гц проходят через диодный выпрямитель. Это делается для питания транзисторов, на которых собрана инверторная схема.
- Под сглаженное напряжение они переключаются с огромной скоростью.
- Включение-выключение контролирует специальные драйвера и система управления.
- Полученная частот а в зависимости от качества транзисторов увеличивается во много раз.
- Схема инвертора подключена к трансформатору. Он принимает около 60-65кГц и по законам физики маленький, и легкий он может выдать ток такой же силы, как и его большой брат.
- К трансформатору подключен второй набор диодов. Поскольку частота увеличена на этот выпрямитель, устанавливаются более мощные двойные диоды.
- Пройдя эти все ступени , сварочный ток зажигает дугу и создает условия для качественного процесса сварки.