Импульсный сварочный аппарат своими руками

На сегодняшний день разработано и успешно введено в эксплуатацию множество способов сварки: контактная, ручная дуговая, импульсная и даже лазерная сварка, а также ряд узкоспециализированных методик. Импульсная сварка является одним из наиболее эффективных и современных методов. Предполагает использование специального импульсного сварочного агрегата. Такая сварка была разработана в качестве более универсальной и производительной альтернативы дуговой сварки, имеющей множество недостатков.

Импульсный сварочный аппарат своими руками

Электрическая схема бытового сварочного аппарата.

Основные параметры импульсной сварки

Рассматриваемая сварка своими руками позволяет получать высококачественные соединения преимущественно стальных изделий и деталей из цветных металлов. Метод основывается на выполнении кратковременной сварочной операции с применением запаса энергии в аккумуляторе либо приемнике. Данный приемник подключается к электросети и постоянно заряжается до определенного значения, не перегружая линии электропередач. При выполнении сварки приемник импульсом отдает накопленную энергию. Так что аккумулятор представляет собой своего рода сглаживающий фильтр, благодаря которому скорость и качество сварки существенно увеличивается. Импульсная сварка способствует существенному снижению количества разбрызгиваемого металла, стекающего с электродов.

Импульсный сварочный аппарат своими руками

Электрическая схема синхронизации скорости подачи присадочной проволоки при импульсной сварке.

В случае если работа будет вестись с применением неплавящихся электродов, импульсная дуга будет контролировать формирование сварного соединения и обеспечивать максимально эффективное проплавление металла изделий. При работе же с плавящимся электродом за счет дуги будет контролироваться плавление и перенос электродного металла в шов с одновременным регулированием разбрызгивания сварочной капли.

Современные импульсные аппараты для сварки позволяют получать сплошные швы за счет расплавления отдельных точек с дальнейшим покрытием. В перерывах между подачами импульса агрегат обеспечивает поддержку маломощной дуги. Сила тока такой дуги составляет максимум 15% от значения импульсного тока. Это нужно для поддержания дуги в устойчивом состоянии.

Важно, чтобы импульсная и дежурная дуга были выставлены в правильном соотношении. Благодаря этому будет обеспечено исключение кратеров в местах сварки, снижена зона требуемого перекрытия точек соединения и в целом увеличена скорость работы.

Понятие «жесткости режима» сварки

Импульсный сварочный аппарат своими руками

Электрическая схема сварочного трансформатора.

«Жесткость режима» — это одна из важнейших технологических характеристик импульсной сварки. Данный параметр показывает отношение продолжительности пауза к продолжительности импульса.

Под жесткостью режима следует понимать проплавляющую способность дуги в специальных импульсных сварочных аппаратах. Путем изменения основных параметров процесса сварки оператор может менять форму сварочной ванны и ее размеры, контролировать процесс кристаллизации металла, формировать сварочный шов, регулировать пределы деформации и т.д.

Именно из-за возможности изменения жесткости режима в специальном сварочном оборудовании, проплавляющие свойства импульсной сварочной дуги являются самыми эффективными при необходимости соединения изделий из листового металла толщиной от 3 мм и меньше.

Импульсный сварочный аппарат своими руками

Принципиальная схема импульсного сварочного аппарата для точечной сварки.

Импульсная сварка отлично зарекомендовала себя как метод создания швов различных пространственных положений. Благодаря этим и другим характеристикам импульсные методики являются приоритетными при выполнении горизонтальных и вертикальных швов, потолочных швов, совмещении стыков на разного рода трубах и т.д.

В качестве источников питания в импульсной сварке преимущественно применяются преобразователи постоянного тока. Дополнительно в импульсных агрегатах применяются источники серии ТИР и ВСВУ.

Ранее отмечалось, что аккумулятор-приемник способствует обеспечению равномерной нагрузки на фазы и при этом не создает слишком большую нагрузку на сеть. Такой аккумулятор подает в зону сварного соединения короткие и мощные импульсы. В остальном же процесс сварки выполняется практически так же, как и любая другая технология, знакомая всем сварщикам.

Разновидности импульсной сварки

Импульсный сварочный аппарат своими руками

Схема сварного шва, выполненного импульсной лазерной сваркой.

Существует несколько разновидностей импульсной сварки. Каждая из них имеет свои особенности и предназначение. В целом выделяют:

  1. Конденсаторную импульсную сварку.
  2. Инерционную импульсную сварку.
  3. Электромагнитную импульсную сварку.
  4. Аккумуляторную импульсную сварку.

Аппараты для конденсаторной импульсной сварки характеризуются большим разбросом по диапазону тока. В продаже доступны агрегаты, поддерживающую работу с токами малой мощности. Существуют и максимально мощные агрегаты, способные выдавать ток силой в 100 000 А и даже больше. Главная особенность конденсаторной импульсной сварки состоит в том, что сварочный агрегат позволяет достигать точного дозирования энергии, затрачиваемой на создание сварочного импульса.

Конденсаторная импульсная сварка выполняется в очень жестком режиме. Детали нагреваются путем подачи единоразового мощного энергетического выплеска. Лучше всего данная разновидность импульсной сварки подходит для соединения изделий из алюминия и нержавеющих сталей.

Импульсный сварочный аппарат своими руками

Варианты настройки параметров импульса.

Главной особенностью аккумуляторной сварки является то, что в конструкции используемых сварочных агрегатов присутствуют специфические щелочные аккумуляторы. Они имеют особую высокопрочную конструкцию и нормально переносят частые короткие замыкания. Такие аккумуляторы характеризуются низким внутренним сопротивлением. При коротком замыкании устройства дают ток, в сотни раз превышающий токи стандартной разрядки.

Магнитно-импульсное сварочное оборудование применяется для преобразования электрической энергии в механическую за счет наведения магнитного поля. Части свариваемых изделий скрепляются под воздействием магнитных сил. В такого рода сварочном оборудовании детали соединяются путем соударения в месте контакта. Появляется высокое давление, и благодаря этому создается сварное соединение.

Принцип действия инверторных импульсных агрегатов основывается на использовании массивного маховика. Он посажен на один вал с ротором генератора. Для разгона используется электродвигатель. Маховик накапливает кинетическую энергию вращения, после чего при выполнении непосредственно сварки частота его оборотов существенно снижается. Благодаря этому происходит отдача накопленной энергии в виде импульса сварочного тока.

Основные этапы процесса импульсной сварки

В основе рассматриваемой технологии лежит импульсный перенос металла. Использование данной методики позволяет достигать максимально высоких параметров сварки. Метод сочетает в себе лучшие параметры прочих существующих методов переноса и практически полностью лишен недостатков других методов. При использовании импульсной сварки отсутствуют брызги и не образуется несплавлений.

Импульсные аппараты позволяют варить в любых пространственных положениях. Обеспечивается максимально рациональный и эффективный расход проволоки. Метод характеризуется сравнительно низким тепловложением и позволяет варить изделия из множества различных металлов.

Именно за счет уменьшения тепловложения достигается максимально высокое качество соединения тонких материалов без риска коробления и прожогов.

Сварка может выполняться с более медленной подачей проволоки.

Импульсный сварочный аппарат своими руками

Принцип работы сварочного инвертора.

При соединении изделий по импульсной технологии осуществляется бесконтактный перенос металла электрода в сварочную ванну. Таким образом, непосредственный контакт электрода с ванной полностью исключается. Это становится возможным благодаря наличию функции высокоскоростного управления сварочным током.

Чтобы был понятен порядок проведения работы, нужно рассмотреть основные этапы выполняемого процесса. Все начинается с «горячей» фазы, во время которой происходит образование одной капли металла на конце сварочного электрода. После этого происходит повышение силы тока до того значения, которого будет достаточно для сброса данной капли в ванну благодаря эффекту обжатия.

После сброса капли «горячая» фаза сменяется на «холодную». При импульсном процессе сварки происходит снижение тока до базового при отсутствии необходимости в мощности сварочной дуги. Таким образом, импульсный процесс не только очень эффективный, но и сравнительно холодный. При варке на низких токах проволока нагревается, а дуга поддерживается, но количества энергии не хватает для переноса металла. Продолжительность базового тока ограничивают так, чтобы не допустить начала переноса металла электрода большими каплями.

При сбросе капли металла ток поднимается до максимального значения, после чего уменьшается до базового уровня, благодаря чему общее тепловложение снижается. Перенос контролируется путем задания амплитуды и продолжительности пиковой характеристики сварочного тока.

Импульсная сварка в защитной газовой среде является одной из самых эффективных технологий. Она подходит для соединения металлов самых разных типов и толщины. Современные импульсные агрегаты очень удобны в работе. Задача сварщика сводится к установке переключателя в соответствии с обрабатываемым материалом. За счет органов управления источника можно осуществлять тонкую подстройку процесса. Применяемое программное обеспечение способствует максимальной оптимизации эпюры сварочного тока и избавляет сварщика от необходимости полной самостоятельной настройки.

Читать также:  Приспособление для заточки ножей на гриндере

Среди основных преимуществ метода можно выделить:

  1. Высочайшее качество сварных соединений.
  2. Эффективный контроль дуги.
  3. Низкие затраты на обработку.

Таким образом, несмотря на довольно высокую стоимость импульсного оборудования, такая сварка является очень популярной и часто применяется в качестве альтернативы классическим методам сварки металлов в защитной газовой среде. Чаще всего методика применяется для соединения изделий из высококачественных сталей и алюминия.

Работа выполняется с использованием минимального набора инструментов:

  1. Аппарата для импульсной сварки.
  2. Проволоки и электродов.
  3. Защитной экипировки сварщика.

Ограничение мощности при импульсной сварке

Импульсный сварочный аппарат своими руками

Схема импульсного блока питания.

Импульсная сварка без брызг имеет множество преимуществ, но и она не лишена недостатков. Главным из них является наличие ограничения производительности расплавления металла. Следом уменьшается и рабочая скорость. Ввиду того что проволока плавится с перерывами, то есть покапельно, производительность расплавления при работе в традиционном режиме импульсно-дуговой сварки имеет верхнюю границу. После того как максимальный предел для проволоки конкретного диаметра будет преодолен, промежутка между импульсами станет недостаточно для распознавания нерегулируемого либо регулируемого отрыва капли.

Отмечается ослабевание процесса, но в полностью дуговой он не переходит. Сварщики называют это «достижением предела проволокой». В зависимости от особенностей предстоящей задачи пользователю необходимо решить, рационально ли использовать сварку с минимальными брызгами с учетом скорости выполнения работы. Именно по этой причине многие предприятия до сих пор работают с классической сваркой в защитной газовой среде, в особенности при соединении углеродистых сталей.

Таким образом, импульсная сварка является одним из наиболее эффективных и перспективных методов. При желании она осваивается и прекрасно выполняется своими руками, ничего сложного в таком процессе нет.

Импульсный сварочный аппарат своими рукамиБлагодаря своей мобильности сварочные инверторные аппараты получили широкое применение в быту и на производстве. Они обладают огромными преимуществами по сравнению со сварочными трансформаторными агрегатами для сварочных работ. Принцип действия, устройство и их типовые неисправности должен знать каждый. Не у всех есть возможность приобрести сварочный инвертор, поэтому радиолюбители выкладывают схемы сварочного инвертора своими руками в интернет.

Общие сведения

Трансформаторные сварочные аппараты стоят сравнительно недорого и легко ремонтируются из-за их простого устройства. Однако они обладают значительным весом и чувствительны к напряжению питания (U). При низком U производить работы невозможно, так как происходят значительные перепады U, в результате которого могут выйти из строя бытовые приборы. В частном секторе часто бывают проблемы с линиями электропередач, так как в бывших странах СНГ большинство ЛЭП требуют замены кабеля.

Электрический кабель состоит из скруток, которые часто окисляются. В результате этого окисления возникает рост сопротивления (R) этой скрутки. При значительной нагрузке они нагреваются, а это может привести к перегрузке ЛЭП и трансформаторной подстанции. Если подключать сварочный аппарат старого образца к счетчику электроэнергии, то при низком U будет срабатывать защита («выбивать» автоматы). Некоторые пытаются подключить сварочник к счетчику электроэнергии, нарушая закон.

Подобное нарушение карается штрафом: потребление электроэнергии происходит незаконно и в больших количествах. Для того чтобы сделать работу более комфортной — не зависеть от U, не поднимать тяжести, не перегружать ЛЭП и не нарушать закон — нужно использовать сварочный аппарат инверторного типа.

Устройство и принцип действия

Импульсный сварочный аппарат своими рукамиСварочный инвертор устроен так, что подойдет и для домашнего применения, и для работы на предприятии. Он способен при небольших габаритах обеспечить стабильное горение сварочной дуги и даже использовать ток сварки, значительно превышающий показатель обыкновенного сварочного аппарата. Он использует ток высокой частоты для генерации сварочной дуги и представляет собой обыкновенный импульсный блок питания (такой же, как и компьютерный, только с большей силой тока), что и делает схему сварочного аппарата несложной.

Основные принципы его работы следующие: выпрямление входного напряжения; преобразование выпрямленного U в высокочастотный переменный ток при помощи транзисторных ключей и дальнейшее выпрямление переменного U в постоянный ток высокой частоты (рисунок 1).

Импульсный сварочный аппарат своими руками

Рисунок 1 — Схематическое устройство сварочника инверторного типа.

При использовании ключевых транзисторов высокой мощности происходит преобразование постоянного тока, который выпрямляется при помощи диодного моста в высокочастотный ток (30..90 кГц), что позволяет снизить габариты трансформатора. Выпрямитель на диодах пропускает ток только в одном направлении. Происходит «отсечение» отрицательных гармоник синусоиды.

Но на выходе выпрямителя получается постоянное U с пульсирующей составляющей. Для преобразования его в допустимый постоянный ток с целью корректной работы ключевых транзисторов, работающих только от постоянного тока, используется конденсаторный фильтр. Конденсаторный фильтр представляет собой один или несколько конденсаторов большой емкости, которая позволяет заметно сгладить пульсации.

Диодный мост и фильтр составляют блок питания для инверторной схемы. Вход инверторной схемы выполнен на ключевых транзисторах, преобразовывающих постоянное U в переменное высокой частоты (40..90 кГц). Это преобразование нужно для питания импульсного трансформатора, на выходе которого получается высокочастотный ток низкого U. От выходов трансформатора запитывается высокочастотный выпрямитель, а на выходе генерируется высокочастотный постоянный ток.

Устройство не очень сложное, и любой сварочник-инвертор поддается ремонту. Кроме того, существует множество схем, по которым можно сделать самодельный инвертор для сварочных работ.

Самодельный сварочный аппарат

Импульсный сварочный аппарат своими рукамиСобрать инвертор для сварки просто, так как существует множество схем. Возможно сделать сварку из блока питания компьютера, сбить для него ящик, но получится сварочник низкой мощности. Подробно о создании простого инвертора из компьютерного БП для сварки можно ознакомиться в интернете. Огромной популярностью пользуется инвертор для сварки на ШИМ — контроллере типа UC3845. Микросхема прошивается при помощи программатора, который можно приобрести только в специализированном магазине.

Для прошивки нужно знать основы языка «С ++», кроме того, возможно скачать или заказать уже готовый программный код. Перед сборкой нужно определиться с основными параметрами сварочника: максимально допустимый ток питания составляет не более 35 А. При токе сварки равной, 280 А, U питающей сети составляет 220 В. Если проанализировать параметры, можно сделать вывод о том, что эта модель по характеристикам превышает некоторые заводские модели. Для сборки инвертора следует руководствоваться блок-схемой на рисунке 1.

Схема БП является несложной, и собрать ее достаточно просто (схема 1). Перед сборкой нужно определиться с трансформатором и найти подходящий корпус для инвертора. Для изготовления БП- инвертора нужен трансформатор. .

Этот трансформатор собирается на основе ферритового сердечника Ш7х7 или Ш8х8 с первичной обмоткой провода диаметром (d) 0,25..0,35 мм, количество витков 100. Несколько вторичных обмоток трансформатора должны иметь следующие параметры:

  1. 15 витков с d = 1..1,5 мм.
  2. 15 витков с d = 0,2..0,35 мм.
  3. 20 витков с d = 0,35..0,5 мм.
  4. 20 витков с d = 0,35..0,5 мм.

Перед намоткой нужно ознакомиться с основными правилами намотки трансформаторов.

Импульсный сварочный аппарат своими руками

Схема 1 — Схема блока питания инвертора

Навесным монтажом детали желательно не соединять, а сделать для этих целей печатную плату. Существует много способов изготовления печатной платы, но следует остановиться на простом варианте — лазерно-утюжной технологии (ЛУТ). Основные этапы изготовления печатной платы:

  1. Импульсный сварочный аппарат своими рукамиПриобрести в специализированном магазине односторонний гетинакс с медной фольгой и хлористое железо.
  2. Изготовить макет печатной платы, используя программное обеспечение Sprint Layout.
  3. Распечатать на глянцевой бумаге, используя только лазерный принтер на самом высоком качестве. Обыкновенный струйный принтер для этих целей не подойдет.
  4. Прислонить распечатанный рисунок к медной фольге.
  5. При помощи нагретого утюга произвести перенос рисунка на фольгу, который должен получиться отчетливым.
  6. После этого выключить утюг и опустить плату в хлористое железо для вытравливания. Главное — не передержать и постоянно контролировать процесс, длительность которого зависит от концентрации хлористого железа.
  7. По окончании вытравливания нужно достать плату и промыть под проточной водой.

После изготовления трансформатора и печатной платы нужно приступить к монтажу радиокомпонентов по схеме блока питания сварочного инвертора. Для сборки БП понадобятся радиодетали:

  • 2 регулятора LM78L15.
  • TOP224Y.
  • Интегральная микросхема TL431.
  • BYV26C.
  • 2 диода HER307.
  • 1N4148.
  • MBR20100CT.
  • P6KE200A.
  • KBPC3510.
  • Оптопара типа PC817.
  • С1, С2: 10мк 450 В, 100мк 100 В, 470мк 400 В, 50мк 25 В.
  • C4, C6, C8: 0,1мк.
  • C5: 1н 1000 В.
  • Импульсный сварочный аппарат своими рукамиС7: 1000мк 25 В.
  • Два конденсатора 510 п.
  • C13, C14 — 10 мк.
  • VDS1 — 600 В 2А.
  • Терморезистор типа NTC1 10.
  • R1: 47k, R2: 510, R3: 200, R4: 10k.
  • Резисторы гасящие: 6,2 и 30 на 5Вт.
Читать также:  Цанга для фрезера своими руками

После сборки БП нельзя подключать и проверять, так как он рассчитан именно для инверторной схемы.

Изготовление инвертора

Перед началом изготовления высокочастотного трансформатора для инвертора нужно изготовить гетинаксовую плату, руководствуясь схемой 2. Трансформатор выполнен на магнитопроводе типа «Ш20х28 2000 НМ» с рабочей частотой 41 кГц. Для его намотки (I обмотки) необходимо использовать медную жесть толщиной 0,3..0,45 мм и шириной 35..45 мм (ширина зависит от каркаса). Нужно сделать:

  1. 12 витков (площадь поперечного сечения (S) около 10..12 кв. мм.).
  2. 4 витка для вторичной обмотки (S = 30 кв. мм.).

Высокочастотный трансформатор нельзя мотать обыкновенным проводом из-за возникновения скин-эффекта. Скин-эффект — способность высокочастотных токов вытесняться на поверхность проводника, тем самым нагревая его. Вторичные обмотки следует разделить пленкой из фторопласта. Кроме того, трансформатор должен нормально охлаждаться.

Дроссель выполнен на магнитопроводе типа «Ш20×28» из феррита 2000 НМ с S не менее 25 кв. мм.

Трансформатор тока выполняется на двух кольцах типа «К30×18×7» и мотается медным проводом. Обмотка l продевается через кольцевую часть, а II обмотка состоит из 85 витков (d = 0,5 мм).

Импульсный сварочный аппарат своими руками

Схема 2 — Схема инверторного сварочного аппарата своими руками (инвертор).

После успешного изготовления высокочастотного трансформатора нужно осуществить монтаж радиоэлементов на печатной плате. Перед пайкой обработать оловом медные дорожки, детали не перегревать. Перечень элементов инвертора:

  • ШИМ — контроллер: UC3845.
  • MOSFET-транзистор VT1: IRF120.
  • VD1: 1N4148.
  • VD2, VD3: 1N5819.
  • VD4: 1N4739A на 9 В.
  • VD5-VD7: 1N4007.
  • Два диодных моста VD8: KBPC3510.
  • C1: 22 н.
  • C2, C4, C8: 0,1 мкФ.
  • C3: 4,7 н и C5: 2,2 н, C15, С16, С17, C18: 6,8 н (только использовать К78−2 или СВВ- 81).
  • C6: 22 мк, С7: 200 мк, С9-С12: 3000 мк 400 В, C13, C21: 10 мк, C20, C22: 47мк на 25 В.
  • R1, R2: 33k, R4: 510, R5: 1,3 k, R7: 150, R8: 1 на 1 Вт, R9: 2 M, R10: 1,5 k, R11: 25 на 40 Вт, R12, R13, R50, R54: 1 к, R14, R15: 1,5 k, R17, R51: 10, R24, R25: 30 на 20Вт, R26: 2,2 к, R27, R28: 5 на 5Вт, R36, R46-R48, R52, R42-R44 — 5, R45, R53 — 1,5.
  • R3: 2,2 k и 10 к.
  • К1 на 12 В и 40А , К2 — РЭС-49 (1).
  • Q6-Q11: IRG4PC50W.
  • Шесть MOSFET-транзисторов IRF5305.
  • D2 и D3: 1N5819.
  • VD17 и VD18: VS-HFA30PA60CPBF; VD19-VD22: VS-HFA30PA60CPBF.
  • Двенадцать стабилитронов: 1N4744A.
  • Две оптопары: HCPL-3120.
  • Катушка индуктивности: 35 мк.

Перед проверкой схемы на работоспособность нужно еще раз визуально проверить все соединения.

Основные рекомендации

Перед сборкой нужно внимательно ознакомиться со схемой инверторной сварки и приобрести все необходимое для изготовления: купить радиодетали в специализированных радиомагазинах, найти подходящие каркасы трансформаторов, медную жесть и провод, продумать дизайн корпуса. Планирование работы значительно упрощает процесс сборки и экономит время. При пайке радиокомпонентов следует применять паяльную станцию (индукционная с феном), для исключения возможного перегрева и выхода из строя радиоэлементов. Соблюдать нужно и правила техники безопасности при работе с электричеством.

Дальнейшая настройка

Все силовые элементы схемы должны иметь качественное охлаждение. Транзисторные ключи необходимо «сажать» на термопасту и радиатор. Желательно применять радиаторы от микропроцессоров мощного типа (Athlon). Наличие вентилятора для охлаждения в корпусе обязательно. Схему БП можно доработать, поставив конденсаторный блок перед трансформатором. Нужно использовать К78−2 или СВВ-81, так как другие варианты недопустимы.

После подготовительных работ нужно приступить к настройке сварочного инвертора. Для этого нужно:

  1. Импульсный сварочный аппарат своими рукамиПодключить 15 В к ШИМ, подав питание на ШИМ и на систему охлаждения. Реле К1 выполняет роль ключа для замыкания R11 — при времени срабатывании первого около 10 секунд. Кроме того, выполняется зарядка С9-C12, которые разряжаются через R11. Наличие R11 обязательно, так как оно обезопасит конденсаторы от взрыва из-за всплеска тока при подаче сетевого питания.
  2. При помощи осциллографа выполнить проверку платы на наличие прямоугольных импульсов, идущих к HCPL3120 после срабатывания К1 и К2. Кроме того, реле К1 должно быть подключено после зарядки конденсаторов. Во время работы инвертора без нагрузки (холостой ход) сила тока должна быть менее 100 мА.
  3. Правильность установки фаз высокочастотного трансформатора проверяется 2-лучевым осциллографом. Для этого нужно выставить частоту ШИМ 50..55 Гц и измерить значение U, которое должно быть менее 330 В. Потребление моста должно быть 120..150 мА. При работе сварочного инвертора трансформаторы не должны сильно шуметь, а если такое происходит, нужно разобраться в этом. Шум часто происходит из-за плохо зажатых пластин магнитопровода. Смотреть на осциллограф и плавно крутить ручку переменного резистора.
  4. Параметры U не должны превышать 540 В (345 В является оптимальным значением U). После измерений нужно отсоединить осциллограф и начать варить металл. Время сварки нужно начинать с 10 секунд и постепенно увеличивать его до 5 минут. Если все сделано верно, то шума не должно быть.

Существуют и более совершенные модели сварочников инверторного типа, в силовую схему которых входят тиристоры. Широкое распространение также получил инвертор «Тимвала», который можно найти на форумах радиолюбителей. Он имеет более сложную схему. Подробнее с ним можно ознакомиться в интернете.

Таким образом, зная устройство и принцип работы сварочного аппарата инверторного типа, собрать его своими руками не представляется непосильной задачей. Самодельный вариант практически не уступает заводскому и даже превосходит его некоторые характеристики.

ИМПУЛЬСНЫЙ СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ СВОИМИ РУКАМИ

Вашему вниманию представлена схема сварочного аппарата импульсного типа, который вы можете собрать своими руками. Максимальный потребляемый ток – 32 ампера, 220 вольт. Ток сварки – около 250 ампер, что позволяет без проблем варить электродом 5-кой, длина дуги 1 см, переходящим больше 1 см в низкотемпературную плазму. КПД источника на уровне магазинных, а может и лучше (имеется в виду инверторные).
Блок питания для контроллера выполнен отдельным модулем и имеет три выходных стабилизированных напряжения:

Трансформатор намотан на феррите Ш7х7 или 8х8
Первичка имеет 100 витков провода ПЭВ 0.3мм
Вторичка 2 имеет 15 витков провода ПЭВ 1мм
Вторичка 3 имеет 15 витков ПЭВ 0.2мм
Вторичка 4 и 5 по 20 витков провода ПЭВ 0.35мм
Все обмотки необходимо мотать во всю ширину каркаса, это дает ощутимо более стабильное напряжение.

На рисунке 2 – схема сварочника.

Импульсный сварочный аппарат своими руками
УВЕЛИЧИТЬ

СИЛОВОЙ ТРАНСФОРМАТОР СВАРОЧНОГО АППАРАТА

Частота – 41 кГц, но можно попробовать и 55 кГц. Трансформатор на 55кгц тогда 9 витков на 3 витка, для увеличения ПВ трансформатора.

Трансформатор на 41кгц – два комплекта Ш20х28 2000нм, зазор 0.05мм, газета прокладка, 12вит х 4вит, 10кв мм х 30 кв мм, медной лентой (жесть) в бумаге. Обмотки трансформатора сделаны из медной жести толщиной 0.25 мм шириной 40мм обернутые для изоляции в бумагу от кассового аппарата. Вторичка делается из трех слоев жести (бутерброд) разделенных между собой фторопластовой лентой, для изоляции между собой, для лучшей проводимости высоко- частотных токов, контактные концы вторички на выходе трансформатора спаяны вместе.
Дроссель L2 намотан на сердечнике Ш20х28, феррит 2000нм, 5 витков, 25 кв.мм, зазор 0.15 – 0.5мм (два слоя бумаги от принтера). Токовый трансформатор – датчик тока два кольца К30х18х7 первичка продетый провод через кольцо, вторичка 85 витков провод толщиной 0.5мм.

Намотку трансформатора нужно делать с помощью медной жести толщиной 0.3мм и шириной 40мм, ее нужно обернуть термобумагой от кассового аппарата толщиной 0.05мм, эта бумага прочная и не так рвется как обычная при намотке трансформатора.
Вы скажите, а почему не намотать обычным толстым проводом, а нельзя потому что этот трансформатор работает на высокочастотных токах и эти токи вытесняются на поверхность проводника и середину толстого провода не задействует, что приводит к нагреву, называется это явление Скин эффект!
И с ним надо бороться, просто надо делать проводник с большой поверхностью, вот тонкая медная жесть этим и обладает она имеет большую поверхность по которой идет ток, а вторичная обмотка должна состоять из бутерброда трех медных лент разделенных фторопластовой пленкой, она тоньше и обернуты все эти слои в термобумагу. Эта бумага обладает свойством темнеть при нагреве, нам это не надо и плохо, от этого не будет пускай так и останется главное, что не рвется.
Можно намотать обмотки проводом ПЭВ сечением 0.5…0.7мм состоящих из нескольких десятков жил, но это хуже, так как провода круглые и состыкуются между собой с воздушными зазорами, которые замедляют теплообмен и имеют меньшую общую площадь сечения проводов вместе взятых в сравнении с жестью на 30%, которая может влезть окна ферритового сердечника.
У трансформатора греется не феррит, а обмотка поэтому нужно следовать этим рекомендациям.
Трансформатор и вся конструкция должны обдуваться внутри корпуса вентилятором на 220вольт 0.13 ампера или больше.

Читать также:  Методы оценки износа оборудования

Для охлаждения всех мощных компонентов хорошо использовать радиаторы с вентиляторами от старых компьютеров Pentium 4 и Athlon 64. Мне эти радиаторы достались из компьютерного магазина делающего модернизацию, всего по 3…4$ за штуку.
Силовой косой мост нужно делать на двух таких радиаторах, верхняя часть моста на одном, нижняя часть на другом. Прикрутить на эти радиаторы диоды моста HFA30 и HFA25 через слюдяную прокладку. IRG4PC50W нужно прикручивать без слюды через теплопроводящую пасту КТП8.
Выводы диодов и транзисторов нужно прикрутить на встречу друг другу на обоих радиаторах, а между выводами и двумя радиаторами вставить плату, соединяющею цепи питания 300вольт с деталями моста.
На схеме не указано нужно на эту плату в питание 300V припаять 12…14 штук конденсаторов по 0.15мк 630 вольт. Это нужно, чтобы выбросы трансформатора уходили в цепь питания, ликвидируя резонансные выбросы тока силовых ключей от трансформатора.
Остальная часть моста соединяется между собой навесным монтажом проводниками не большой длины.
Ещё на схеме показаны снабберы, в них есть конденсаторы С15 С16 они должны быть марки К78-2 или СВВ-81. Всякий мусор туда ставить нельзя, так как снабберы выполняют важную роль:
первая – они глушат резонансные выбросы трансформатора
вторая – они значительно уменьшают потери IGBT при выключении так как IGBT открываются быстро, а вот закрываются гораздо медленнее и во время закрытия емкость С15 и С16 заряжается через диод VD32 VD31 дольше чем время закрытия IGBT, то есть этот снаббер перехватывает всю мощь на себя не давая выделяться теплу на ключе IGBT в три раза чем было бы без него.
Когда IGBT быстро открываются, то через резисторы R24 R25 снабберы плавно разряжаются и основная мощь выделяется на этих резисторах.

Подать питание на ШИМ 15вольт и хотя бы на один вентилятор для разряда емкости С6 контролирующую время срабатывания реле.
Реле К1 нужно для замыкания резистора R11, после того, когда зарядятся конденсаторы С9…12 через резистор R11 который уменьшает всплеск тока при включении сварочного в сеть 220вольт.
Без резистора R11 на прямую, при включении получился бы большой БАХ во время зарядки емкости 3000мк 400V, для этого эта мера и нужна.
Проверить срабатывание реле замыкающие резистор R11 через 2…10 секунд после подачи питания на плату ШИМ.
Проверить плату ШИМ на присутствие прямоугольных импульсов идущих к оптронам HCPL3120 после срабатывания обоих реле К1 и К2.
Ширина импульсов должна быть шириной относительно нулевой паузе 44% нулевая 66%
Проверить драйвера на оптронах и усилителях ведущих прямоугольный сигнал амплитудой 15вольт убедится в том, что напряжение на IGBT затворах не превышает 16вольт.
Подать питание 15 Вольт на мост для проверки его работы на правильность изготовления моста.
Ток потребления при этом не должен превышать 100мА на холостом ходу.
Убедится в правильной фразировке обмоток силового трансформатора и трансформатора тока с помощью двух лучевого осциллографа .
Один луч осциллографа на первичке, второй на вторичке, чтобы фазы импульсов были одинаковые, разница только в напряжении обмоток.
Подать на мост питание от силовых конденсаторов С9…С12 через лампочку 220вольт 150..200ватт предварительно установив частоту ШИМ 55кГц подключить осциллограф на коллектор эмиттер нижнего IGBT транзистора посмотреть на форму сигнала, чтобы не было всплесков напряжения выше 330 вольт как обычно.
Начать понижать тактовую частоту ШИМ до появления на нижнем ключе IGBT маленького загиба говорящем о перенасыщении трансформатора, записать эту частоту на которой произошел загиб поделить ее на 2 и результат прибавить к частоте перенасыщения, например перенасыщение 30кГц делим на 2 = 15 и 30+15=45, 45 это и есть рабочая частота трансформатора и ШИМа.
Ток потребления моста должен быть около 150ма и лампочка должна еле светиться, если она светится очень ярко, это говорит о пробое обмоток трансформатора или не правильно собранном мосте.
Подключить к выходу сварочного аппарата провода длиной не менее 2 метров для создания добавочной индуктивности выхода.
Подать питание на мост уже через чайник 2200ватт, а на лампочку установить силу тока на ШИМ минимум R3 ближе к резистору R5, замкнуть выход сварочного проконтролировать напряжение на нижнем ключе моста, чтобы было не более 360вольт по осциллографу, при этом не должно быть ни какого шума от трансформатора. Если он есть – убедиться в правильной фазировке трансформатора -датчика тока пропустить провод в обратную сторону через кольцо.
Если шум остался, то нужно расположить плату ШИМ и драйвера на оптронах подальше от источников помех в основном силовой трансформатор и дроссель L2 и силовые проводники.
Еще при сборке моста драйвера нужно устанавливать рядом с радиаторами моста над IGBT транзисторами и не ближе к резисторам R24 R25 на 3 сантиметра. Соединения выхода драйвера и затвора IGBT должны быть короткие. Проводники идущие от ШИМ к оптронам не должны проходить рядом с источниками помех и должны быть как можно короче.
Все сигнальные провода от токового трансформатора и идущие к оптронам от ШИМ должны быть скрученные, чтобы понизить уровень помех и должны быть как можно короче.
Дальше начинаем повышать ток сварочного аппарата с помощью резистора R3 ближе к резистору R4 выход сварочного замкнут на ключе нижнего IGBT, ширина импульса чуть увеличивается, что свидетельствует о работе ШИМ. Ток больше – ширина больше, ток меньше – ширина меньше.

Ни какого шума быть не должно иначе выйдут из строя IGBT!

Добавлять ток и слушать, смотреть осциллограф на превышение напряжения нижнего ключа, чтобы не выше 500вольт, максимум 550 вольт в выбросе, но обычно 340 вольт.
Дойти до тока, где ширина резко становиться максимальной говорящим, что чайник не может дать максимальный ток.
Все, теперь на прямую без чайника идем от минимума до максимума, смотреть осциллограф и слушать, чтобы было тихо. Дойти до максимального тока, ширина должна увеличиться, выбросы в норме, не более 340вольт обычно.
Начинаем варить. В начале 10 секунд. Проверяем радиаторы, потом 20 секунд, тоже холодные и 1 минуту – трансформатор теплый. Спалил 2 длинных электрода 4мм – трансформатор горечеватый.
Радиаторы диодов 150ebu02 в сварочном аппарате заметно нагрелись после трех электродов, варить уже тяжело, человек устает, хотя варится классно, трансформатор горяченький, да и так уже ни кто не варит. Вентилятор через 2 минуты трансформатор доводит до теплого состояния и можно варить снова до опупения.

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock detector