В сварочных операциях применяют специально адаптированные под конкретные задачи устройства. Схемы отдельных приборов существенно различаются по конструкции. Среди наиболее удобных и распространённых можно отметить инверторную схему. Устройство, собранное по такой схеме, плавно и точно настраивается, компактно, для мастеров, работающих на выезде, он незаменим.
Схема устройства сварочного инвертора.
Схема инверторного аппарата одна из самых простых: блоки платы и транзисторы без труда можно найти в магазинах радиодеталей, а схемы подключения — у мастеров. Задача собрать такой сварочный аппарат своими руками вполне по силам тем, кто умеет работать с паяльником.
Принцип работы инверторного сварочного аппарата
Сам по себе данный прибор представляет собой мощный источник питания, аналогичный импульсным модулям типа AT и ATX, которые применяются в персональных компьютерах. Порядок изменений исходных параметров электрического тока в этих двух устройствах идентичен. В инверторе 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 напряжением выпрямляется с сохранением заданной частоты.
Все перечисленные преобразования объясняются необходимостью уменьшить вес и габариты силовых трансформаторов сварочных аппаратов.
Схема работы сварочного инвертора.
Принцип работы старых аппаратов сводился к снижению напряжения от питающей сети и росту значения силы тока на вторичной обмотке до нескольких десятков, а порой сотен ампер — значений, необходимых для дуговой сварки. Чтобы обеспечить нужное соотношение между понижением вольтажа и ростом силы тока, у вторичной обмотки задавалось меньшее число витков и большее сечение провода. Поэтому старые сварочные трансформаторы были громадными и тяжёлыми. Производство трансформаторной обмотки требовало крупных затрат медного провода, из-за чего сварочные аппараты стоили не дёшево.
Инверторные схемы позволили исправить положение. За счёт повышения частоты тока на рабочей обмотке до 60–80 кГц и выше удалось уменьшить размеры и вес всей конструкции. За счёт четырёхкратного увеличения рабочей частоты преобразования габариты аппарата уменьшаются вдвое. А в современных случаях речь идёт о ещё более значительном повышении частоты.
Такие высокие частоты достигаются транзисторами переключателями, которые взаимодействуют на частоте 60–80 кГц. Ток подается к транзисторам постоянный, от выпрямителя. Переменное напряжение выпрямляется мостовой схемой из диодов и стабилизируется конденсаторами. На выходе после выпрямителя и конденсатора появляется 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 тысячу раз ниже частоты питающей сети, трансформатор становится очень компактной катушкой.
Компоненты схемы сварочного аппарата
Электрическая схема сварочного инвертора.
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 обеспечивает прочное соединение шва при сварке электродом на расстоянии до 1 см. Блок питания инверторного аппарата включает такие элементы:
- Трансформатор с основанием из ферритного сердечника 7х7 или 8х8.
- Первичная обмотка, насчитывающая 100 витков из провода диаметром 0,3 мм.
- Внутренний заход вторичной обмотки на 15 оборотов проводом толщиной 1 мм.
- Средний заход вторичной обмотки на то же число витков проводом меньшей толщины (0,2 мм).
- Наружный заход вторичной обмотки на 20 оборотов провода толщиной 0,35 мм.
Сборка трансформатора
Схема обмотки 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 подходят кассовая лента и любая другая тонкая и прочная бумага, удобная для обтягивания сердечника. Провод круглого сечения на первичную обмотку не годится, так как он легко перегревается. Из-за этого токи уходят на внешнюю сторону обмотки, а внутренние слои остаются ненагружёнными.
Вторичная обмотка укладывается в 3 слоя проводов, между которыми вставляют прокладки из фторопласта. Для этих целей не подходят стандартные провода диаметром 0,5–0,7 мм. Из-за круглого сечения они плохо прилегают друг к другу, оставляя зазоры и ухудшая теплообмен.
Накручивая обмотку, следите за тем, чтобы провод обвивался без промежутков вокруг сердечника. Только так напряжение будет стабильным. Типовая схема инверторного прибора предполагает наличие двух трансформаторов с частотой 41 кГц, но подойдут и 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.
Пайка инверторной платы
На сборку инверторного сварочного аппарата применяют кулеры и радиаторы, которые встречаются в компьютерных блоках питания. Их можно извлечь из старой техники или приобрести в магазине радиодеталей.
Радиаторы устанавливают вверху и внизу концов косого моста.
Диоды крепятся к радиаторам на предварительно заготовленную прослойку из слюды.
Для сборки инвертора потребуется кулер.
Когда применяется мост IRG4PC50W для распределения токов, 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. Учтите, что расчетное напряжение цепи питания равно 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.
Настройка и отладка работы инвертора
Схема внутреннего устройства инвертора.
Завершив сборку, обязательно нужно настроить работу инверторного модуля. Подайте на ШИМ напряжение 15 В и запитайте вентилятор. Затем через резистор R11 подключите реле К1. Всё это делается для того, чтобы исключить проседания при подключении к сети 220 В. Проверьте своевременность включения реле и через 10 секунд подайте рабочее питание на ШИМ. После срабатывания реле прямоугольные участки на диаграмме ШИМ не должны наблюдаться.
Затем мост подключается к источнику напряжения 15 В. При работе вхолостую инвертор потребляет ток около 100 мА. Если измерение выдаёт допустимую величину, схема собрана правильно. Дополнительно нужно убедиться, что фазировка обмоток не перепутана.
На ШИМ понижаем частоту до появления на нижнем участке графика загиба — это признак перенасыщения узла. Полученное значение разделим на 2 и добавим к рабочей частоте платы ШИМ и непосредственно трансформатора. Схема считается правильной, если при настройке реле появляется сигнал при 150 мА. Если световой сигнал неразборчивый или слабый, плата соединена неверно или одна из обмоток пробивает. Чтобы убрать помехи, рекомендуется укоротить все провода электропитания.
Проверка работоспособности устройства
После сборки сварочного инвертора необходимо проверить его на работоспособность.
Итак, сварочный инвертор собран и готов к эксплуатации, осталось убедиться, что он действительно работает. Включите прибор в сеть, постепенно повышайте ток и сверяйтесь с данными осциллографа по напряжению. Нижняя петля осциллограммы должна быть допустима в пределах 500 В, при скачках допускается до 550 В. В корректной конфигурации указанная величина не превысит 350 В.
При проверке убедитесь, что гул от шины не нарастает с ростом нагрузки. Чтобы подать максимальный ток, фоновые шумы должны оставаться неизменными.
Далее приступают к сварке. После запуска выдерживают 10 секунд и следят за температурой охладителей. В первые 20 секунд они должны оставаться холодными, далее в течение минуты — слегка тёплыми.
Затем берут 2 электрода нужного типа и на пробном куске расписывают шов, пока электроды не исчерпают ресурс. По завершении контролируют температуру трансформатора: к этому моменту он прогреется, но не раскалится. Преждевременный перегрев укажет на недочёты схемы и монтажа.
Радиаторы сильно нагреваются после длительной работы на трёх электродах. Поэтому дают им остыть 2 минуты. Этого времени хватит, чтобы кулер снизил температуру до нормального уровня и можно было продолжать работу без потери качества.
Процесс сборки сварочного аппарата своими руками довольно кропотливый, поэтому проявляйте максимальную сосредоточенность и внимание к деталям. Тщательно изучайте выбранную схему, понимайте последовательность соединений, подсчитайте точное число деталей и проводов. После завершения сборки устройство обязательно проверяют на исправность и безопасность. Организуйте сварочные работы в безопасных условиях: носите плотные перчатки и закрывайте лицо сварочным щитком.
