Схема сборки сварочного инвертора своими руками

Сварочное оборудование инверторного типа используется в мастерской и мобильными бригадами. Отличается малым весом и габаритами, высоким качеством сварного шва. Домашнему мастеру тоже не помешает свой аппарат, покупать который часто не по карману. В таком случае можно собрать сварочный инвертор своими руками. Даже самая простая схема позволит работать электродами диаметром 3–4 мм и использовать аппарат для личных нужд. Согласно описанию ему достаточно питания от бытовой сети 220 В.

Самодельный сварочный инвертор

Как работает сварочный инвертор

Внутри инвертора происходит выпрямление входного напряжения. Затем преобразованное напряжение с помощью транзисторных ключей трансформируется в переменный ток высокой частоты. Далее происходит выпрямление переменного тока в постоянный.

Схематическое устройство инвертора
Рисунок 2 — Схематическое устройство инвертора

Установка ключевых транзисторов высокой мощности и диодного моста сокращает габариты трансформатора. На выходе получается высокочастотный ток 30–90 кГц. Диодный выпрямитель дает на выходе постоянное напряжение. Оно преобразуется в постоянный ток фильтром из нескольких конденсаторов большой емкости, что необходимо для сглаживания пульсации.

Диодный мост и фильтр представляют блок питания инвертора. На входе стоят ключевые транзисторы, обеспечивающие питание импульсного трансформатора. За ним подключается высокочастотный выпрямитель, выдающий постоянный ток высокой частоты.

Схема считается простой и доступной для самостоятельной реализации.

Перечень необходимых материалов и инструментов

Инверторная сварка своими руками будет потреблять 32 А, а после преобразования выдавать ток 250 А, который обеспечит прочный и качественный шов. Для реализации задачи потребуются следующие комплектующие:

  • трансформатор с ферритным сердечником для силовой части;
  • медная жесть для обмоток;
  • провод ПЭВ;
  • стальные листы для корпуса или готовый короб;
  • изолирующий материал;
  • текстолит;
  • вентиляторы и радиаторы;
  • конденсаторы, резисторы, транзисторы и диоды;
  • ШИП-контроллер;
  • кнопки и переключатели передней панели;
  • провода для соединения узлов;
  • силовые кабели большого сечения.

Зажим для массы и держатель рекомендуется приобрести в магазине специнструмента. Некоторые умельцы делают держатель из стальной проволоки сечением 6 мм. Перед началом сборки своего сварочного инвертора рекомендуется посмотреть обучающее видео, изучить пошаговую инструкцию и распечатать схему. Из инструментов нужно приготовить паяльник, пассатижи, нож, набор отверток и крепеж.

Простые схемы инверторной сварки

Первый шаг на пути к изготовлению сварочного инвертора – выбор проверенной рабочей схемы. Существует несколько вариантов, требующих детального изучения.

Самый простой сварочный аппарат:

Схема простого сварочного инвертора

Принципиальная электрическая схема сварочного инвертора:

Принципиальная электрическая схема сварочного инвертора
Рисунок 4 — Принципиальная электрическая схема сварочного инвертора

Схема инверторного сварочного аппарата:

Схема инверторного сварочного аппарата
Рисунок 5 — Схема инверторного сварочного аппарата

Процесс поэтапной сборки

Комплектующие самодельного сварочного инвертора монтируются на основание из плиты гетинакса толщиной 5 мм. В центре делается круглое отверстие под вентилятор. Потом его ограждают решеткой. На переднюю панель корпуса выводят светодиоды, тумблеры и ручки резисторов. Располагать провода следует с воздушным зазором. В дальнейшем корпус нужно будет закрыть кожухом из листов текстолита либо винипласта толщиной не меньше 4 мм. В месте крепления электрода устанавливается кнопка. Ее и кабель подключения тщательно изолируют.

Перемотанный трансформатор размещается на панели. Для крепления понадобятся скобы из медной проволоки диаметром не менее 3 мм. Под платы используют фольгированный текстолит толщиной 1 мм. В каждой делают меленькие прорези для снижения нагрузки на диодных выводах. Крепят платы навстречу выводам транзисторов. Последовательность и правильность сборки сверяется со схемой самодельного инвертора.

Сборка инвертора

На плату припаиваются конденсаторы, количеством около 14 штук. Они выведут выбросы трансформатора в цепь питания. Нейтрализовать резонансные выбросы тока трансформатором помогут встроенные снабберы, содержащие конденсаторы С15 и С16. Снабберы выбирают хорошего качества и проверенных производителей, потому что у них в инверторе очень важная роль. Они должны снизить резонансные выбросы и потери IGBT в момент отключения. Устройства забирают на себя всю мощность, что снижает выделение тепла в несколько раз. Лучшими признаны модели СВВ-81 и К78-2.

Для охлаждения и защиты от перегрева хорошо подходят радиаторы от компьютеров системных блоков типа Pentium 4 и Athlon 64.

Корпус сварочного инвертора

Корпус понадобится для компактного размещения всех компонентов. По ширине в нем должен свободно разместиться трансформатор. Еще 70% пространства отводится под все остальное. Для установки плат должны быть перемычки.

Верхний защитный кожух можно согнуть из листа 0,5–1 мм, сварить или сделать составным из нескольких пластин. В листах, закрывающих боковые стенки, выполнить вентиляционные отверстия. На корпусе должна быть ручка для транспортировки.

Конструкция должна легко разбираться. На фронтальной панели делают пазы под установку кнопки включения, переключателей тока, ШИМ-контроллера, световых индикаторов и разъемов.

В качестве декоративного покрытия подойдет обычная или молотковая краска красного, синего и оранжевого цветов.

Корпус инвертора

Где взять блок питания и как его подключить

Блок питания сварочного инвертора вполне можно сделать из бесперебойника. Потребуются только трансформатор и корпус ИБП с удаленной остальной начинкой. Входом будет обмотка с большим сопротивлением и «родное» гнездо на торце корпуса. После подачи напряжения 220 В нужно найти пару с разностью потенциалов 15 В. Эти провода станут выходом из БП. Здесь потребуется еще поставить диодный мост, к которому будут подключаться потребители. На выходе получится напряжение около 15 В, которое просядет под нагрузкой. Тогда вольтаж придется подбирать опытным путем.

Импульсный блок питания позволяет снизить габариты и вес трансформатора, сэкономить материалы. Мощные транзисторы постоянного напряжения, установленные в инверторной схеме, обеспечивают переключение с 50 до 80 кГц. С помощью группы мощных диодов (диодного моста) получается на выходе постоянное пульсирующее напряжение. Конденсаторный фильтр выдает после преобразований постоянное напряжение свыше 220 В. Модуль из фильтров и выпрямительного моста образует блок питания. БП питает инверторную схему. Транзисторы подключаются к понижающему трансформатору импульсного типа с рабочей частотой 50–90 кГц. Мощность трансформатора такая же, как у силового сварочного аппарата. На выходе из трансформатора ток высокой частоты запитывает выпрямитель, выдающий высокочастотный постоянный ток.

Сделать трансформатор можно на сердечниках типа Е42 из старого лампового монитора. Потребуется 5 таких приборов. Один пойдет для дросселя. Для остальных элементов нужны сердечники 2000 НМ. Напряжение холостого хода получится 36 В при длине дуги 4–5 мм. Выходные кабели рекомендуется заправить в ферритовые трубки или кольца.

Схема сварочного резонансного инвертора:

Схема сварочного резонансного инвертора
Рисунок 8 — Схема сварочного резонансного инвертора

Диодный мост

Диодный «косой мост» предназначен для трансформации в блоке питания переменного тока в постоянный. Правильный выбор резисторов позволит поддерживать напряжение 20–25 В между трансформатором и реле. При работе сборка будет сильно греться, поэтому ее монтируют на радиаторах от компьютера. Их потребуется 2 штуки для верхнего и нижнего элементов. Верхний ставится на прокладку из слюды, а нижний – на термопасту.

Выходные провода оставляют длиной 15 см. При установке мост отделяется прикрепленным к корпусу стальным листом.

Намотка трансформатора

Трансформатор – это силовая часть инвертора, отвечающая за понижение напряжения до рабочей величины и повышение силы тока до уровня плавления металла. Для его изготовления используют стандартные пластины подходящего размера или вырезают каркас из листов металла. В конструкции две обмотки: первичная и вторичная.

Намотка трансформатора
Рисунок 9 — Намотка трансформатора

Трансформатор наматывают полосой медной жести шириной 4 см и толщиной 0,3 мм, потому что важны ширина и небольшое сечение. Тогда физические свойства материала задействуются оптимально. Повышенного нагрева провод может не выдержать. Сердцевина толстого провода при высокочастотных токах остается незадействованной, что вызывает перегрев трансформатора. Проработает такой трансформатор максимум 5 минут. Здесь нужен только проводник большого сечения и минимальной толщины. Его поверхность хорошо передает ток и не нагревается.

Термопрослойку заменит бумага для кассового аппарата. Подойдет и ксероксная, но она менее прочная и может рваться при намотке. В идеале изолятором должна служить лакоткань, которая прокладывается минимум в один слой. Хорошая изоляция – залог высокого напряжения. По длине полоски должно хватать на перекрытие периметра и заход 2–3 см. Для повышения электробезопасности между обмотками прокладывают пластинки из текстолита.

Вторичная обмотка трансформатора выполняется 3 медными полосками, разделенными между собой фторопластовой пластинкой. Сверху еще раз идет слой термоленты.

Лента кассового аппарата в качестве изоляции имеет один недостаток – темнеет при нагреве. Но не рвется и сохраняет свои свойства.

Допускается заменить медную жесть проводом ПЭВ. Его преимущество в том, что он многожильный. Такое решение хуже использования медной полосы, потому что пучок проводов имеет воздушные прослойки и они слабо контактируют друг с другом. Суммарная площадь сечения получается ниже и теплообмен замедляется. В конструкции инвертора с ПЭВ делается 4 обмотки. Первичная состоит из 100 витков провода ПЭВ диаметром не более 0,7 мм. Три вторичные имеют соответственно 15+15+20 витков.

Подключение инверторного блока

Изготовление резонансного инвертора осуществляется на базе деталей от старого монитора либо телевизора. Используются компьютерный блок питания, его кулер и радиаторы.

Для защиты транзисторов применяются стабилитроны КС-213. Силовые транзисторы частотного типа должны быть рядом с трансформатором, чтобы гасить наводки и помехи.

Дорожки на текстолитовой плате толщиной 4–6 мм под силовой мост придется расширить с учетом того, что протекают токи порядка 30 А. Минимальное сечение питающего кабеля брать минимум 3 мм². Силовые диоды на выходе защищаются RC-цепочкой.

Подключение инверторного блока
Рисунок 10 — Подключение инверторного блока

Конструирование и подключение системы охлаждения

Для хорошего охлаждения рабочих узлов в корпусе нужно предусмотреть достаточное количество вентиляционных отверстий. Их располагают на противоположных стенках. В качестве вентилятора используют кулер 220 В от старого компьютера на 0,15 А и выше.

Его ориентируют на вытяжку горячего воздуха. Приток холодного воздуха обеспечат отверстия.

Вентилятор располагают как можно ближе к трансформатору. Второй вентилятор должен обдувать радиатор с выпрямительными диодами. Работа сварочного инвертора связана с повышенным тепловыделением, поэтому нужно использовать не менее двух вентиляторов.

Система охлаждения
Рисунок 11 — Система охлаждения

Желательно установить на наиболее нагревающемся элементе термодатчик. При перегреве он сработает на отключение питания самого инвертора.

Механизм предотвращения залипания электрода

При работе электродами сварщики сталкиваются с проблемами при поджиге дуги и залипанием электродов. Электроды разогреваются, мощности потребляют больше, провода перегреваются от нагрузки и выбивают автоматы. Трансформатор гудит, стержни гнутся, и осыпается обмазка, а процесс не идет.

Решить проблему и сохранить сварочный инвертор поможет автоматический механизм предотвращения залипания. Собранный по схеме модуль встраивается в первичную и вторичную обмотку сварочного трансформатора. Устройство упростит работу, дуга станет проще зажигаться, и перегрузок сети не будет.

Механизм предотвращения залипания электрода
Рисунок 12 — Механизм предотвращения залипания электрода

Основная схема

Принцип работы схемы следующий. Вторичная обмотка сварочного трансформатора соединяется с выпрямителем переменного тока и со стабилизатором напряжения. Выход соединяется со слаботочным реле РЭС-10 на замыкание. Последовательно подключается керамический конденсатор С3. Он подбирается по мощности трансформатора, емкостью 2–10 мкФ и напряжением свыше 400 В. Выполняет функцию реактивного резистора.

После подачи питания на конденсатор во вторичной обмотке возникает переменное напряжение. Потом срабатывает реле Р2, размыкающее силовое реле Р1 с напряжением 220 В. Параллельно в обмотку включен конденсатор С4 с характеристикой 20–25 А. Его контакты закорачивают С3, и трансформатор включается в обычном режиме.

При стабильной дуге на вторичной обмотке напряжение держится в диапазоне 35–45 В. Этого достаточно для реле Р2. При коротком замыкании переменный ток исчезает на вторичной обмотке. В итоге Р2 обесточивается и выключает реле Р1. Первичная обмотка при этом питается лишь через конденсатор С3, на котором замыкается сетевое напряжение. Небольшой ток 150–200 мА безопасен для сети. Электроды не залипают, а если это и произошло, то легко отделяются. После стабилизации ситуации срабатывает реле и включается трансформатор на рабочий режим.

Все хорошо, но при коротком замыкании слышатся щелчки. От такой неприятности избавляются включением тиристоров в ключевом режиме по приведенной ниже схеме.

Включение тиристоров в ключевом режиме
Рисунок 13 — Включение тиристоров в ключевом режиме

Конденсатор успешно заменяет лампа накаливания на 100–300 Вт. При коротком замыкании она вспыхнет.

Схема с возможностью регулировки выходного тока
Рисунок 14 — Схема с возможностью регулировки выходного тока

Предпусковая диагностика аппарата

Диагностика и подготовка сварочного инвертора к работе – это не менее важный процесс, чем сама сборка.

Самодельный инвертор

Инвертор запитывается от 15 В и подключается к плате ШИМ. Параллельно подается питание на конвектор, что уменьшит нагрев устройства и снизит шум.

После зарядки конденсаторов подключается реле, необходимое для замыкания резистора. Таким образом снижаются скачки напряжения при включении инвертора.

Включение инвертора в сеть 220 В в обход резистора может вызвать взрыв.

Теперь нужно проверить срабатывание реле замыкания резистора после подачи тока на ШИМ. Диагностируются импульсы на плате через несколько секунд после срабатывания реле. Для проверки исправности и работоспособности моста на него подается питание 15 В. Устанавливается холостой ход и сила тока выше 100 мА.

Правильность монтажа трансформаторных фаз контролируется осциллографом на 2 луча. Предварительно включается питание моста от конденсаторов с использованием лампы 200 Вт на 220 В. Частота ШИМ устанавливается 55 кГц. На осциллографе нужно отследить, чтобы напряжение не превышало 330 В.

Диагностика инвертора перед пуском

Частота собранного сварочного инвертора определяется плавным снижением частоты ШИМ до появления на нижнем ключе IGBT незначительного заворота. Полученный показатель делится на два, а к результату добавляется частота пресыщения. Итоговое число будет рабочим колебанием частот трансформатора.

Потребление моста должно быть в пределах 150 мА. Свечение лампы неяркое. Интенсивный свет указывает на пробой обмотки либо на погрешности конструкции моста. У трансформатора не должно быть звуковых и шумовых эффектов. В случае их появления проверяют полярность. Тестовое питание на мост подключают с помощью бытового прибора, например чайника, на 2,2 Вт.

Проводники, выходящие от ШИМ, делают короткими, скручивают и укладывают дальше от источников помех. Ток инвертора постепенно повышается через резистор. Нижний ключ по показаниям осциллографа должен оставаться в пределах 500 В. Стандартный показатель составляет 340 В. Появление шума способно вывести из строя IGBT.

Пробную сварку начинают с 10 с. После этого проверяют радиаторы. Если они не холодные, то продлевают сварку до 20 с. Затем уже можно варить 1 минуту и дольше.

Трансформатор перегревается после использования 2–4 электродов. Для охлаждения вентилятору достаточно 2 минут, после чего работу продолжают.

Поделитесь опытом изготовления инвертора своими руками в комментариях к данной статье.

Рейтинг автора
Автор статьи
Владимир Анохин
Специалиста сварочного производства 4-го уровня. Эксперт сайта WikiMetall.ru
Написано статей
0
Поиск записей с помощью фильтра:
Вид обработки
Вид проката
Вид материала
Adblock
detector