Самодельный сварочный аппарат: изучаем схемы сборки. Сварочный аппарат своими руками Популярные схемы сварочных инверторов

Метод сварки металлов на сегодня насчитывает немало способов и большинство их основано на использовании электричества. Электросварка же в свою очередь, также подразделяется на несколько видов, в том числе и инверторный способ.

Последний стал популярен относительно недавно и до того, как на полках магазинов появились малогабаритные и легкие в переноске аппараты, домашняя сварка была уделом немногих. После массового внедрения сварочных инверторов оказалось, что принцип устройства и работы этого аппарата достаточно прост и при желании, собрать такой же можно самостоятельно.

Описание

Инвертор – это прибор преобразующий постоянный электрический ток в переменный, а в сварочном аппарате инверторного типа происходит двойное преобразование:

1. Переменный ток силой не превышающей 5 ампер, с напряжением 220/380 вольт и частотой 50 Гц преобразовывается в постоянный с такими же значениями.
2. Полученный постоянный ток преобразовывается в переменный с напряжением в несколько десятков вольт и силой тока до нескольких сотен ампер.

Такая трансформация более выгодна, поскольку получаемые характеристики сварочного тока имеют высокую стабильность и легко управляются, что дает возможность настроить оптимальный режим сварки при различных размерах свариваемых деталей.

Сварочные инверторы, это моноблочные приборы, и главное их достоинство – эргономичность. В отличие от сварочных трансформаторов, в том числе и выдающих постоянный ток, инверторы могут переноситься одним человеком, а обладающие небольшой мощностью, имеют вес всего в несколько килограмм и легко вешаются на плечо.

Преобразование происходит за счет трансформатора и электронных микросхем, требующих качественного охлаждения, поэтому в корпусе также размещается мощный вентилятор. Несмотря на кажущуюся сложность, сварочный инвертор можно собрать и своими руками. Такой прибор сможет обеспечить сваривание не хуже, чем его заводские аналоги.

Принцип работы

Основным элементом системы, является силовой трансформатор с выпрямителем. Его вторичная обмотка, сильно нагревается, поэтому при компоновке устройства, очень важно расположить ее на пути воздушного потока исходящего от вентилятора.

Выпрямленный ток пропускается через фильтр из триодов с высокой частотой коммутации, в результате, частота вторичного переменного тока может достигать значения в 50 КГц. Обратная зависимость частоты и габаритов электротехнического оборудования известна давно, что и позволило придать инверторам такие скромные размеры. Такой же принцип успешно используется везде, где необходима экономия пространства, например, в бортовой сети самолета или подводной лодки, частота электрического тока также измеряется тысячами герц.

В сварочном трансформаторе, производится преобразование электродвижущей силы, в то время, как в инверторе преобразуются высокочастотные токи, что позволило в разы уменьшить вес трансформатора и сократить расход материала на его изготовление. Для защиты от перегрузки, на вторичной стороне устанавливается плавкий предохранитель, который можно заменить с лицевой панели. Пользователь может регулировать силу подаваемого на электрод тока с помощью регулятора, значение тока выводится на цифровое табло.

Область применения

Трудно представить строительные работы, при которых не использовалась бы сварка. Сварочные инверторы существенно расширили область ее применения, так как обладают достаточно большой долей мобильности, в отличие от громоздких трансформаторных аппаратов. Сегодня инверторную сварку применяют:

• Для сваривания деталей из черных металлов.
• Для сваривания деталей из цветных металлов.
• При необходимости сваривания в малопроходимых местах, например, в подземных туннелях трубопроводов.
• Для сваривания фасонных деталей на производстве.
• Для сварки в бытовых условиях.

В промышленности, для сваривания применяются инверторы с автоматической и полуавтоматической подачей сварочной проволоки, что позволяет унифицировать процесс и снизить долю ручного труда.

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом инверторных сварочных аппаратов является их размер, поскольку до этого, варить приходилось либо на стационарном посту, либо же, перемещать тяжелый сварочный трансформатор с помощью подручных средств, до места сварочных работ.

Благодаря двойному преобразованию, сварочный ток инвертора не зависит от сетевого и поэтому остается всегда с постоянными значениями, что позволило избежать таких неприятных явлений при сварке как:

• Залипание электрода.
• Отсутствие дуги при пониженном напряжении в сети.
• Пережог или недожог металла.

Инвертор универсален и подходит для сварки чугунных или цветных металлов соответствующими электродами, а также для аргонодуговой сварки неплавящимися электродами. Оператор имеет возможность регулировать ток в широких пределах.

Недостаток инверторов – это относительно высокая стоимость по сравнению с трансформаторами, но учитывая имеющиеся преимущества, он полностью нивелируется. Как и любая электроника, микросхемы аппарата требуют бережного отношения, поэтому рекомендуется периодически очищать внутреннее пространство от пыли.

Также электроника может выйти из строя в условиях низких температур или высокой влажности, поэтому окружающие условия должны согласовываться с паспортными данными прибора.

Как сделать своими руками?

Хотя инверторные сварочные аппараты в широкой продаже в современном исполнении, стали доступны относительно недавно, они не являются чем-то новым. По сути, добавилось только удобное цифровое управление и более современные электронные компоненты.

Принцип же работы, как и сам аппарат были разработаны несколько десятков лет назад, да и сегодня, многие схемы сборки актуальны. Собрать самостоятельно инвертор можно имея старые электротехнические детали, на основе современных электронных компонентов. Такой аппарат выйдет значительно дешевле, чем заводской аналог.

Необходимые материалы и инструменты

Для сборки аппарата понадобятся:

• Ферритовый сердечник для силового трансформатора.
• Шина из меди или проволока для создания обмоток.
• Фиксирующая скоба для соединения половинок сердечника.
• Термостойкая изолента.
• Компьютерный вентилятор.
• Транзисторы.
• Паяльник, пассатижи, кусачки.

Схемы

На сегодняшний день, все схемы сварочных инверторов унифицированы и построены на основе использования импульсного трансформатора и мощных транзисторов типа MOSFET.

Каждый из производителей вносит незначительные изменения в виде фирменных разработок, однако, в общем функционал аппарата не претерпевает каких-либо существенных изменений.

За основу также может браться принципиальная схема Юрия Негуляева – ученого и разработчика отечественного сварочного аппарата инверторного типа.

Пошаговое руководство

1. Для размещения всех элементов необходимо подобрать корпус. Рекомендуется использовать старый системный компьютерный блок, так как там уже предусмотрены отверстия для вентиляции.
2. Необходимо увеличить прочность корпуса, так как вес агрегата может достигать до десяти килограмм. Для этого, в углах устанавливаются металлические уголки на резьбовом крепеже.
3. Первичная обмотка трансформатора – намотка проволоки производится по всей ширине каркаса, это способствует стабильной работе трансформатора при перепаде напряжений. Для намотки используются только медные провода, при отсутствии шины, несколько проводов соединяются в пучок.
4. Вторичная обмотка трансформатора – наматывается в несколько слоев, для этого используют несколько проводов сечением 2 мм, соединенных в пучок.
5. Между обмотками необходим усиленный слой изоляции, во избежание попадания на вторичную обмотку сетевого напряжения.
6. Между сердечником трансформатора и обмотками предусматривается воздушный зазор, для обеспечения циркуляции воздуха.
7. Отдельно на ферритовом сердечнике выполняется трансформатор тока, при сборке закрепляющийся на плюсовой линии и соединяющийся с панелью управления.
8. Транзисторы необходимо прикрепить к радиатору, но обязательно через термопроводящую диэлектрическую прокладку. Это обеспечит эффективный теплоотвод и защиту от короткого замыкания.
9. Диоды выпрямляющего контура крепятся аналогичным способом, к пластине из алюминия. Выходы диодов соединяются неизолированным проводом сечением 4 мм.
10. Силовые проводники внутри корпуса разводятся таким образом, чтобы исключить короткое замыкание.
11. Вентилятор устанавливают на задней стенке, что сэкономит пространство и позволит обдувать сразу несколько радиаторов.

Настройка аппарата

После сборки аппарата необходима дополнительная настройка для получения корректных значений сварочного тока и напряжения:

1. Подается сетевое напряжение, на плату и привод вентилятора.
2. Необходимо дождаться полной зарядки силовых конденсаторов, затем проверить работу реле, убедившись что напряжение на токоограничивающем резисторе, установленном в цепи конденсаторов отсутствует, после чего замкнуть его.
3. При помощи осциллографа определяется значение тока вырабатываемого инвертором, для чего замеряется периодичность импульсов, поступающих на обмотку трансформатора.
4. Проверяется режим сварки на блоке управления, для чего вольтметр подключают к выходу усилителя осциллографа. В маломощных инверторах, значение напряжения достигает около 15 вольт.
5. Проверяется работа выходного моста, путем подачи напряжения 16 вольт от блока питания. Следует помнить, что в режиме холостого хода, потребление блока составляет около 100 мА и это необходимо учитывать при проведении измерений.
6. Тестируется работа с силовыми конденсаторами. Напряжение изменяют со значения 16 вольт на 220. Осциллограф подключают к выходным транзисторам и контролируют амплитуду сигнала, она должна быть идентичной с той, что была на испытаниях с пониженным напряжением.

Обслуживание и ремонт

Для сборки, обслуживания и необходимо иметь достаточный уровень электротехнических знаний. При отсутствии таковых и необходимости ремонта, пользователь может производить лишь текущее обслуживание:

• Чистка аппарата от пыли – производится пылесосом при открытом корпусе. Если аппарат используется постоянно в строительных работах, то необходима регулярная чистка.
• Замена предохранителя – защищает схемы аппарата от повреждений при перегрузке и коротких замыканиях.
• Ремонт коммутирующих частей на сварочных кабелях.

Сварочный полуавтомат из инвертора

В технологических процессах требуется сваривание шаблонных деталей и наибольшего качества можно добиться используя автоматические и полуавтоматические сварочные установки с подачей проволоки для сваривания. Получить такое устройство из самодельного или промышленного инвертора, можно только при наличии соответствующих знаний и правильной перенастройке блока управления.

Дело в том, что источники питания для ручной и полуавтоматической сварки проектируются с различными вольтамперными характеристиками, и инвертор к которому добавлен только механизм для подачи проволоки, будет в итоге давать неровный шов с рваными краями.

1. Следует помнить, что силовые конденсаторы и транзисторы в схеме инвертора, требуют дополнительных мер безопасности, в частности, обязательного наличия токоограничивающего резистора. Подача тока без него может привести к взрыву.
2. Не следует удлинять сварочные кабели, их длина не может превышать 2,5 метра.

В настоящее время наиболее популярным, функциональным и производительным оборудованием для сварки является сварочный аппарат инвертор.

Для сварки зачастую используют инвертор. Он компактный и удобный в пользовании.

В качестве силовых переключателей в таком оборудовании применяются полевые транзисторы высокой мощности. Это позволило существенно уменьшить размеры и массу агрегата. На рынке доступен большой выбор подобного оборудования. Все доступные модели имеют практически одинаковый принцип действия. Единственным недостатком, который может избавить от желания купить такой агрегат, является его достаточно высокая стоимость. Однако вы можете приложить немного усилий и собрать инвертор своими руками.

Особенности самодельного сварочного аппарата инвертора

Рассматриваемый сварочный аппарат инвертор состоит из следующих основных элементов:

• блока питания;
• драйвера силовых ключей;
• силовой части.

Самодельный сварочный аппарат инвертор будет иметь следующие характеристики:

• максимальное значение потребляемого тока — 32 А;
• ток сварки — не более 250 А;
• сетевое напряжение — 220 В.

Такой сварочный аппарат инвертор сможет без особых проблем варить с использованием электрода диаметром 3-5 мм и длиной дуги до 10 мм. Коэффициент полезного действия самодельного агрегата ничуть не уступает готовым магазинным приборам для сварки.

Вернуться к оглавлению

Подготовка к сборке сварочного аппарата

Для сборки агрегата вам понадобится следующее:

• электротехническая сталь;
• хлопчатобумажная ткань;
• медные провода;
• стеклоткань;
• текстолит.

Для стабилизации напряжения обмотки должны быть выполнены по всей ширине каркаса. Всего в конструкции рассматриваемого сварочного аппарата инвертора будет 4 обмотки:

• первичная — состоит из 100 витков, ПЭВ 0,3 мм;
• три вторичные обмотки — одна на 15 витков (ПЭВ 1 мм), другая — тоже из 15 витков (ПЭВ 0,2 мм), третья — из 20 витков (ПЭВ 0,3 мм).

Плата с блоком питания монтируется отдельно. Между ней и силовой частью будет расположен лист металла. Его необходимо электрически прикрепить к корпусу сварочного аппарата инвертора.

Для управления затворками будут использоваться проводники. Их следует припаять на минимальном расстоянии от транзисторов. Они должны попарно скручиваться друг с другом. Сечение особого значения не имеет. Длина же проводников должна быть не более 15 см.

Перед сборкой сварочного аппарата инвертора нужно внимательно изучить и разобраться в его принципиальной схеме.

Блок питания рассматриваемого агрегата представляет собой традиционный флайбэк. Первичную обмотку блока нужно будет накрыть экранирующей обмоткой. Она делается из такого же провода. Наложенные витки должны полностью перекрыть первичные и иметь с ними одинаковое направление. Между обмотками устраивается изоляция. Ее можно сделать из лакоткани или малярного скотча.

При настройке блока питания сварочного аппарата вам нужно подобрать такое сопротивление, чтобы напряжение, подаваемое на питание реле, составляло 20-25 В. Подберите надежные и мощные радиаторные элементы для входных выпрямителей. Для этой цели отлично подходят модели, которые использовались в старых компьютерах. Их можно недорого купить на радиорынке.

Схема управления включает всего 1 термический датчик. Он будет размещен внутри корпуса радиатора. На том же радиорынке следует купить ШИМ-контроллер для блока управления. Через его канал регулирования будет осуществляться стабилизация тока в дуге. При помощи конденсатора будет определяться напряжение ШИМ. От самого же напряжения зависит сила тока сварки.

Вернуться к оглавлению

Пошаговая инструкция по сборке сварочного аппарата инвертора

Для обмотки дросселя используйте обмоточный провод.

Прежде всего подготовьте все детали, указанные на принципиальной схеме. Для сборки такого сварочного инвертора можно использовать доступные материалы, которые продаются в любом магазине радиотехники и электроники. Перед тем как использовать детали, удостоверьтесь в их работоспособности.

Подберите готовый дроссель или сделайте его на стальном магнитопроводе. Для изготовления обмотки дросселя используйте провод ПЭВ-2. Нужно сделать 175 витков.

Самые доступные конденсаторы, которые можно использовать для сборки такого сварочного аппарата инвертора, — это конденсаторы К78.

Они широко использовались в старых телеприемниках, поэтому найти их не составит труда. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть не меньше 1000 В. Если не удается найти конденсатор с нужным напряжением, используйте несколько элементов, чтобы их общая емкость соответствовала требуемому номиналу.

Для сборки инвертора понадобятся несколько транзисторов.

Купите несколько транзисторов КУ221А небольшой мощности. Не стоит использовать вместо них один мощный транзистор, т.к. из-за этого снизится рабочая частота, а во время проведения сварочных работ будет появляться неприятный громкий звук. Да и неправильно подобранная мощность может привести к тому, что уже очень скоро придется выполнять ремонт оборудования.

При сборке сварочного инвертора выдерживайте требуемые зазоры между обмотками и магнитопроводами. В обмотки заложите пластины из текстолита. Благодаря этому повысится электробезопасность сварочного аппарата и будет обеспечиваться его достаточное охлаждение.

Далее вам нужно прикрепить трансформатор к основанию самодельного сварочного инвертора. Используйте для этого 2-3 скобы. Скобы можно сделать из медной проволоки диаметром от 3 мм. Платы изготавливаются из фольгированного текстолита. Для этого подойдет материал толщиной порядка 0,5-1 мм. В каждой плате следует подготовить 4 узких прорези, благодаря которым будет снижаться нагрузка на выводы диодов.

После того, как Вы вывели ручку тумблера и светодиоды на лицевую сторону, Вы практически получите готовый справочный аппарат.

Все собранные узлы агрегата установите на основание. Его можно сделать из пластины гетинакса. Будет достаточно пластины толщиной 0,5 см. В ее центре нужно сделать круглое окно под вентилятор. Последний обязательно защитите решеткой. Между магнитопроводами должен оставаться воздушный зазор.

Выведите на лицевую сторону основания светодиоды и ручку тумблера, а также зажимы для кабелей и ручку переменного резистора. В результате вы получите практически готовый сварочный аппарат. Эту конструкцию необходимо поместить в кожух из текстолита или винипласта. Стенки кожуха должны иметь толщину от 4 мм. Установите на держатель для электрода кнопку. Ее и подключаемый к ней кабель необходимо надежно изолировать.

Вернуться к оглавлению

Подключение самодельного сварочного аппарата

Готовый сварочный инвертор нужно подключить в сеть или к аккумулятору. Для подключения к аккумулятору используйте зажимы. Обязательно соблюдайте полярность. Черный зажим идет на»-«, а красный — на «+». В случае если между аккумулятором и бортовой сетью агрегата присутствует соединение, его можно не отсоединять. В момент подключения выходов сварочного инвертора с аккумулятором должна появиться искра.

Подключите устройства к розетке. Розетка должна иметь предохранитель или функцию автоматического выключения. В случае необходимости допускается использование удлинителя до 50 м.

Включите кнопку агрегата. Если все нормально, то загорится зеленый светодиод. Он будет гореть зеленым до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не будет выходить за приемлемые границы.

При подключении и использовании самодельного инвертора нужно учитывать еще один очень важный момент. В том случае, если при работе сварочного инвертора на нагрузку напряжение аккумулятора снизится до 10,5 Вт и будет продолжать падать в течение более чем 1 минуты, аппарат автоматически отключится. Это предотвратит полную разрядку аккумулятора и избавит от необходимости его ремонта. Менее продолжительные падения напряжения не навредят ни сварочному аппарату, ни аккумулятору, ни сети.

Сделать сварочный инвертор своими руками – задача вполне посильная даже для человека, поверхностно знакомого с электроникой.

Главное, понимать, как работает устройство, и чётко следовать инструкциям. Многие думают, что самодельные приборы не позволят им проводить эффективные сварочные работы.

Однако правильно сделанный инвертор не только будет работать не хуже серийного, но и поможет вам сэкономить кругленькую сумму.

Что понадобится для сборки инвертора

Для того чтобы создать самый простой сварочный инвертор самостоятельно, вам понадобятся:

Всё это вам стоит подготовить, чтобы собрать сварочный инвертор, схема такого устройства будет включать:

• драйверы силовых ключей;
• блок питания;
• силовой блок.

При такой сборке инвертор будет иметь следующие характеристики:

• потребляемое напряжение - 220 В;
• сила тока на входе - 32 А;
• сила тока на выходе 250 А.

Создание блока питания

Очень важно правильно сделать трансформатор для блока питания. Он будет обеспечивать подачу стабильного напряжения. Трансформатор мотается на феррите шириной 7х 7, всего формируется 4 обмотки:

• первичная (100 витков провода диаметром 0,3 мм)
• первая вторичной (15; 1 мм)
• вторая вторичной (15; 0,2 мм)
• третья вторичной (20; 0,3 мм)

Для начала нужно выполнить первую обмотку и изолировать её стеклотканью. На нее нужно намотать слой экранирующего провода, его витки следует располагать в том же направлении, что и витки самой обмотки.

Таким же образом выполняйте и остальные обмотки, не забывая изолировать их друг от друга.

Главная задача инвертора - преобразовывать переменный ток в постоянный. Для этого используются диоды, установленные по схеме "косого моста" . Также необходимо подобрать подходящие резисторы для электроцепи.

По этой схеме стоит собирать этот блок:

В такой схеме диоды сильно нагреваются, поэтому их просто необходимо монтировать на радиаторах. Как радиаторы можно использовать охлаждающие элементы от различных устройств. Крепите диоды на два радиатора, верхнюю часть через слюдяную прокладку к одному, нижнюю через термопасту ко второму.

Выводы диодов следует направить в ту же сторону, что и выводы транзисторов. Соединяющие их провода должны быть не длиннее пятнадцати сантиметров. С помощью сварки прикрепите на корпус лист металла между блоком питания и инверторным блоком.

Сборка силового блока

Силовой блок снижает напряжение тока, но увеличивает его силу. Его основой тоже является трансформатор. Для него нужны 2 сердечника шириной 20х208 2000 нм. Обматывать такой трансформатор нужно медной полосой шириной в 40 мм и толщиной в четверть миллиметра. Для обеспечения термоизоляции каждый слой обматывайте износоустойчивой термобумагой. Вторичную обмотку формируйте из трёх медный полос, изолируемых с помощью фторопластовой ленты.

Распространённой ошибкой является создание обмотки понижающего трансформатора из толстой проволки. Этот трансформатор работает с высокочастотным током , поэтому оптимально будет использовать широкие проводники.

Инверторный блок

Любой инвертор должен преобразовывать постоянный ток. Для выполнения этой функции используются открывающие и закрывающие трансформаторы с высокой частотой.

Вот схема этого блока:

Схема этого блока не так проста, как предыдущая. А всё из-за того, что эту часть стоит собирать на основе нескольких мощных трансформаторов. Это позволит сбалансировать частоту, а также значительно снизит уровень шума при сварочных работах.

Чтобы свести к минимуму резонансные выбросы трансформатора и снизить потери в транзисторном блоке, в эту схему добавлены соединённые последовательно конденсаторы.

Охлаждение

Аппарат сильно нагревается при инверторной сварке, поэтому вам нужно сделать систему охлаждения. Перенагревание может привести даже к выходу всего устройства из строя , поэтому, кроме радиаторов, используются вентиляторы. Мощный вентилятор сможет охладить всю систему, его следует устанавливать напротив понижающего трансформатора. Если вы используете вентиляторы малой мощности, то вам понадобится около 6 штук.

Не забудьте установить на самый нагревающийся радиатор термодатчик, который сработает в случае перегрева и выключит всю систему. Также установите заборщики воздуха, это позволит вентиляции работать лучше.

Сборка конструкции

Для финальной сборки вам нужен будет качественный корпус. Вы можете либо купить его, либо самостоятельно собрать, используя тонкие листы металла. Транзисторные блоки закрепляйте с помощью скоб.

Используя текстолит , создайте электронные платы. Во время монтажа магнитопроводов сделайте между ними зазоры для циркуляции воздуха.

Вам нужно будет приобрести и установить на ваш инвертор ШИМ-контроллер, который будет стабилизировать силу и напряжение тока. Также на лицевой части инвертора закрепите элементы управления: тумблер для включения/выключения устройства, сигнальные светодиоды, зажимы для кабелей и ручку переменного транзистора.

Сделать инвертор своими руками, конечно, важно, но также важно правильно провести его диагностику. Для начала подайте небольшой ток в 15 В на ШИМ-контроллер и вентилятор. Таким образом вы проверите работоспособность контроллера и не допустите перегрева при тестах.

После заряда конденсаторов подавайте ток на реле, отвечающее за замыкание резистора. Ни в коем случае не подавайте ток напрямую - может произойти взрыв. Проверьте, замкнулся ли резистор, после того как реле сработает. Также при его срабатывании на плате ШИМ сформируются прямоугольные импульсы, поступающие к оптронам. Точно так же проверьте правильность сборки диодного моста.

Для проверки правильности подключения фаз трансформатора используйте двухлучевой осциллограф. Один луч присоедините к первичной обмотке, второй - ко вторичной. Фазы импульсов должны получиться одинаковыми. Ориентируйтесь по шумам осциллографа , это поможет вам определиться, как вам нужно доработать схему агрегата.

Не забудьте проверить время беспрерывной работы инвертора. Начните с 10 секунд и постепенно повышайте время до 20 секунд и одной минуты.

Проводите диагностику сварочного инвертора время от времени и не забывайте о его обслуживании. Ведь только при должном уходе он прослужит вам долго.

1. Немного теории и основные требования к сварочному аппарату.

В связи с тем, что данное пособие не является технологической картой, то я не привожу ни разводку печатных плат, ни конструкцию радиаторов, ни порядок размещения деталей в корпусе, ни конструкцию самого корпуса! Всё это не имеет значения и никак не влияет на работу аппарата! Важно только, что на транзисторах (на всех вместе, а не на одном) моста выделяется около 50 ватт, и на силовых диодах тоже около 100 ватт, итого около 150 ватт! Как Вы распорядитесь этим теплом меня мало волнует, хоть в стакан с дистилированной водой их опустите (шутка:-))), главное не разогревайте их выше 120 градусов С. Ну вот с конструкцией разобрались, теперь немного теории и можно приступать к настройке.
Что такое сварочный аппарат - это мощный блок питания способный работать в режиме образования и продолжительного горения дугового разряда на выходе! Это достаточно тяжёлый режим и не всякий блок питания может в нём работать! При касании концом электрода свариваемого металла происходит короткое замыкание сварочной цепи, это самый критический режим работы блока питания (БП), так как для разогрева, расплавления и испарения холодного электрода требуется энергии гораздо больше, чем для простого горения дуги, т.е. БП, должен иметь запас по мощности достаточный для стабильного поджига дуги, при использовании электрода максимально допустимого для данного аппарата диаметра! В нашем случае это 4мм. Электрод типа АНО-21 диаметром 3мм стабильно горит при токах 110-130 ампер, но если для БП это максимальный ток, то дугу зажечь будет весьма проблематично! Для стабильного и легкого зажигания дуги необходимо ещё 50-60 ампер, это в нашем случае 180-190 ампер! И хотя режим поджига кратковременный, его должен выдерживать БП. Идём дальше, дуга загорелась, но по законам физики вольт-амперная характеристика (ВАХ) электрической дуги в воздухе, при атмосферном давлении, при сварке покрытым электродом имеет падающий вид, т.е. Чем больше ток в дуге, тем меньше на ней напряжение, и только при токах больше 80А напряжение дуги стабилизируется, и остается постоянным при увеличении тока! Исходя из этого можно сообразить, что для лёгкого поджига и устойчивого горения дуги ВАХ БП должна дважды пересекаться с ВАХ дуги! В противном случае дуга будет не устойчивой со всеми вытекающими последствиями, как то непровар, пористый шёв, прожёги! Теперь можно кратко сформулировать требования к БП;
а) учитывая КПД (около 80-85%) мощность БП должна быть не менее 5 кВт;
б) должен иметь плавную регулировку выходного тока;
в) на малых токах легко зажигать дугу, иметь систему горячего поджига;
г) иметь защиту от перегрузки при залипании электрода;
д) выходное напряжение на хх не ниже 45В;
е) полная гальваническая развязка от сети 220В;
ж) падающая вольт-амперная характеристика.
Вот собственно и всё! Всем этим требованиям отвечает разработанный мной аппарат, технические характеристики и электрическая схема которого приведены ниже.

2. Технические характеристики самодельного сварочного аппарата

Напряжение питающей сети 220 + 5% В
Сварочный ток 30 - 160 А
Номинальная мощность в дуге 3,5 кВА
Напряжение холостого хода при 15 витках в первичной обмотке 62 В
ПВ (5 мин.),% При мах токе 30 %
ПВ при токе 100А 100 % (приведенный ПВ относится только к моему аппарату, и полностью зависит от охлаждения, чем мощнее будет вентилятор, тем больше ПВ) Максимальный потребляемый
ток от сети (измерен по постоянке) 18 А
КПД 90%
Вес вместе с кабелями 5 кг
Диаметр электрода 0,8 - 4 мм

Сварочный аппарат предназначен для ручной дуговой сварки и сварки в защитном газе на постоянном токе. Высокое качество выполнения сварных швов обеспечивается дополнительными функциями, выполняемыми в автоматическом режиме: при РДС
- Горячий старт: с момента зажигания дуги в течение 0,3 секунд сварочный ток максимальный
- Стабилизация горения дуги: в момент отрыва капли от электрода сварочный ток автоматически увеличивается;
- При коротком замыкании и залипании электрода автоматически включается защита от перегрузки, после отрыва электрода все параметры востанавливаются через 1с.
- При перегреве инвертора сварочный ток плавно уменьшается до 30А, и остаётся таким до полного охлаждения, затем автоматически возвращается на установленное значение.
Полная гальваническая развязка обеспечивает 100% защиту сварщика от поражения электрическим током.

3. Принципиальная схема резонансного сварочного инвертора

Силовой блок, блок раскачки, блок защиты.
Др.1 - резонансный дроссель, 12 витков на 2хШ16х20, провод ПЭТВ-2, диаметр 2,24, зазор 0,6мм, L=88mkH Др.2 - выходной дроссель, 6,5 витков на 2хШ16х20, провод ПЭВ2, 4x2,24, зазор Змм, L=10mkH Тр. 1 - силовой трансформатор, первичная обмотка 14-15 витков ПЭТВ-2, диаметром 2,24, вторичная 4х(3+3) тем же проводом, 2хШ20Х28, 2000НМ, L=3,5mH Тр.2 - токовый трансформатор, 40 витков на феритовом колечке К20х12х6,2000НМ, провод МГТФ - 0,3. Тр.З - задающий трансформатор, 6x35 витков на феритовом колечке К28х16х9,2000НМ, провод МГТФ - 0,3. Тр.4 - понижающий трансформатор 220-15-1 . T1-T4 на радиаторе, силовые диоды на радиаторе, входной мост на 35А, на радиаторе. * Все времязадающие конденсаторы плёночные с минимальным TKE! 0,25хЗ,2кВ набираются из Юштук 0,1x1,6кВ типа К73-16В последовательно-параллельно. При подключении Тр.З обратить внимание на фазы, транзисторы T1-T4 работают по диагонали! Выходные диоды 150EBU04 , RC- цепочки параллельно диодам обязательны! При таких моточных данных диоды работают с перегрузкой, лучше их ставить по два параллельно, центральный один марки 70CRU04.

4. Выбор силовых транзисторов

Силовые транзисторы - это сердце любого сварочного аппарата! От правильного выбора силовых транзисторов зависит надёжность работы всего аппарата. Техни -ческий прогресс не стоит на месте, на рынке появляется множество новых полупроводниковых приборов, и разобраться в этом разнообразии довольно сложно. Поэтому в этой главе я постараюсь кратко изложить основные принципы выбора силовых ключей, при построении мощного резонансного инвертора. Первое, с чего нужно начинать, это приблизительное определение мощности буду -щего преобразователя. Я не буду давать отвлечённых расчётов, и сразу перейду к нашему сварочному инвертору. Если мы хотим получить в дуге 160 ампер при напряжении 24 вольта, то перемножив эти величины мы получим полезную мощность которую наш инвертор обязан отдать и при этом не сгореть. 24 вольта это среднее напряжение горения электрической дуги длинной 6 - 7 мм, в действи -тельности длинна дуги всё время меняется, и соответственно меняется напряже -ние на ней, меняется также и ток. Но для нашего расчёта это не очень важно! Так вот перемножив эти величины получаем 3840 Вт, ориентировочно прикинув КПД преобразователя 85%, можно получить мощность которую должны перекачивать через себя транзисторы, это примерно 4517 Вт. Зная общую мощность можно подсчитать ток, который должны будут коммутировать эти транзисторы. Если мы делаем аппарат для работы от сети 220 вольт, то просто разделив общую мощность на напряжение сети, можно получить ток, который аппарат будет потреблять от сети. Это приблизительно 20 ампер! Мне присылают много писем с вопросами, можно ли сделать сварочный аппарат, чтобы он мог работать от 12 вольтового автомобильного аккумулятора? Я думаю эти простые расчёты помогут всем любителям их задавать. Я предвижу вопрос, почему я разделил общую мощность на 220 вольт, а не на 310, которые получаются после выпрямления и фильтрации сетевого напряжения, всё очень просто, для того, чтобы при токе величиной 20 ампер поддерживать 310 вольт, нам понадобится ёмкость фильтра величиной 20000 микрофарад! А мы ставим не более 1000 мкФ. С величиной тока вроде разобрались, но это не должен быть максимальный ток выбранных нами транзисторов! Сейчас в справочных данных многих фирм приво -дится два параметра максимального тока, первый при 20 градусах Цельсия, а второй при 100! Так вот при больших токах протекающих через транзистор, на нём выделяется тепло, но скорость его отвода радиатором не достаточно высока и кристалл может нагреться до критической температуры, а чем сильнее он будет нагреваться, тем меньше будет его максимально допустимый ток, и в конечном итоге это может привести к разрушению силового ключа. Обычно такое разрушение выглядит как маленький взрыв, в отличии от пробоя по напряже -нию, когда транзистор просто тихо сгорает. Отсюда делаем вывод, для рабочего тока величиной 20 ампер необходимо выбирать такие транзисторы у которых рабочий ток будет не ниже 20 ампер при 100 градусах Цельсия! Это сразу сужает район наших поисков до нескольких десятков силовых транзисторов.
Естественно определившись с током нельзя забывать и о рабочем напряжении, в мостовой схеме на транзисторах напряжение не превышает напряжение питания, или проще говоря не может быть больше 310 вольт, при питании от сети 220 вольт. Исходя из этого выбираем транзисторы с допустимым напряжением не ниже 400 вольт. Многие могут сказать, что мы поставим сразу на 1200, это мол будет надёжнее, но это не совсем так, транзисторы одного вида, но на разные напряжения могут очень сильно отличаться! Приведу пример: IGBT транзисторы фирмы IR типа IRG4PC50UD - 600В - 55А, а такие же транзисторы на 1200 вольт IRG4PH50UD - 1200В - 45А, и это ещё не все отличия, при равных токах на этих транзисторах различное падение напряжения, на первом 1,65В, а на втором 2,75В! А при токах в 20 ампер это лишние ватты потерь, мало того, это мощность которая выделяется в виде тепла, её необходимо отвести, значит нужно увеличивать радиатор почти в два раза! А это дополнительный не только вес, но и объём! И всё это необходимо помнить при выборе силовых транзисторов, но и это ещё только первый прикид! Следующий этап, это подбор транзисторов по рабочей частоте, в нашем случае параметры транзисторов должны сохраняться как минимум до частоты 100 кГц! Есть один маленький секрет, не все фирмы дают параметры граничной частоты для работы в резонансном режиме, обычно только для силового переключения, а это частоты, как минимум в 4 - 5 раз ниже, чем граничная частота при использовании этого же самого транзистора в резонансном режиме. Это немного расширяет район наших поисков, но и с такими параметрами имеется несколько десятков транзисторов разных фирм. Самые доступные из них, и по цене и по наличию в продаже это транзисторы фирмы IR. В основном это IGBT но есть и хорошие полевые транзисторы с допустимым напряжением 500 вольт, они хорошо работают в подобных схемах, но не очень удобны в крепеже, нет отверстия в корпусе. Я не буду рассматривать параметры включения и выключе -ния этих транзисторов, хотя это тоже очень важные параметры, коротко скажу, что для нормальной работы IGBT транзисторов необходима пауза между закрытием и открытием, чтобы завершились все процессы внутри транзистора, не менее 1,2 микросекунды! Для MOSFET транзисторов, это время не может быть менее 0,5 микросекунды! Вот собственно все требования к транзисторам, и если все они будут выполнены, то Вы получите надёжный сварочный аппарат! Исходя из всего выше изложенного - лучший выбор это транзисторы фирмы IR типа IRG4PC50UD, IRG4PH50UD , полевые транзисторы IRFPS37N50A, IRFPS40N50, IRFPS43N50K . Эти транзисторы были опробованы и показали свою надёжность и долговечность при работе в резонансном сварочном инверторе. Для маломощных преобразователей, мощность которых не превышает 2,5 кВт можно смело использовать IRFP460 .

5. Описание работы и методика настройки узлов сварочного аппарата.

Переходим к электрической схеме. Задающий генератор собран на микросхеме UC3825, это один из лучших двухтактных драйверов, в нём есть всё, защита по току, по напряжению, по входу, по выходу. При нормальной работе его практически нельзя сжечь! Как видно из схемы ЗГ это классический двухтактный преобразователь, трансформатор которого управляет выходным каскадом.

Настраивается задающий генератор сварочного аппарата так: подаём питание и частотозадающим резистором вгоняем в диапазон 20-85кГц, нагружаем выходную обмотку трансформатора Тр3 резистором 56 Ом и смотрим форму сигнала, она должна быть такой как на рис.1

Рис.1

Мёртвое время или ступенька для IGBT транзисторов должно быть не менее 1,2мкс, если применяются MOSFET транзисторы, то ступенька может быть меньше, примерно 0,5мкс. Собственно ступеньку формирует частотозадающая емкость драйвера, и при деталях указанных на схеме, это около 2мкс. На этом пока настройку ЗГ завершаем
Выходной каскад БП - полный резонансный мост, собранный на IGBT транзисторах типа IRG4PC50UD, эти транзисторы в резонансном режиме могут работать до 200кГц. В нашем случае, управление выходным током осуществляется изменением частоты ЗГ от 35кГц (максимальный ток) до 60кГц (минимальный ток), и хотя резонансный мост сложнее в изготовлении, и требует более тщательной настройки, все эти трудности с лихвой окупаются надёжной работой, высоким КПД , отсутствием динамических потерь на транзисторах, транзисторы переключаются в нуле тока, что позволяет применять минимальные радиаторы для охлаждения, ещё одно замечательное свойство резонансной схемы - это самоограничение мощности. Объясняется этот эффект просто, чем больше мы нагружаем выходной трансформатор, а он является активным элементом резонансной цепочки, тем сильнее меняется частота резонанса этой цепочки, и если процесс увеличения нагрузки происходит при постоянной частоте, возникает эффект автоматического ограничения тока протекающего через нагрузку и естественно через весь мост!
Именно поэтому так важно настраивать аппарат под нагрузкой, то есть чтобы получить максимальную мощность в дуге с параметрами 150А и 22-24В, необходимо подключить к выходу аппарата эквивалентную нагрузку, это 0,14 - 0,16 Ом, и подбирая частоту настроить резонанс, именно на этой нагрузке аппарат будет иметь максимальную мощность и максимальный КПД, и тогда даже при режиме короткого замыкания (КЗ), несмотря на то, что во внешней цепи будет протекать ток превышающий резонансный, напряжение упадёт практически до нуля, сответственно и мощность уменьшится, и транзисторы не войдут в режим перегрузки! И ещё, резонансная схема работает в синусоиде и наростание тока происходит тоже по синусоидальному закону, тоесть dl/dt не превышает допустимых режимов для транзисторов, и не требуются снабберы (RC цепочки) для защиты транзисторов от динамических перегрузок, или что более понятно от слишком крутых фронтов, их просто не будет вообще! Как видим вроде всё красиво и кажется, что схема защиты от перегрузки по току не нужна вообще, или нужна только в процессе настройки, не обольщайтесь, ведь регулировка тока осуществляется изменением частоты, и есть маленький участок на АЧХ, когда при КЗ возникает резонанс, в этом месте ток через транзисторы может превысить допустимый ток для них, и транзисторы естественно сгорят. И хотя специально попасть именно в этот режим достаточно сложно, но по закону подлости вполне возможно! Вот в этот момент и понадобится защита по току!
Вольт - амперная характеристика резонансного моста сразу имеет падающий вид, и естественно нет необходимости искуственно её формировать! Хотя при необходи -мости угол наклона ВАХ легко регулируется резонансным дросселем. И ещё одно свойство, не рассказать о котором я не могу, и узнав о нем Вы навсегда забудете схемы с силовым переключением, которые в изобилии имеются в интернете, это чудесное свойство - возможность работы нескольких резонансных схем на одну нагрузку с максимальным КПД! Практически это дает возможность создавать сварочные (или любые другие) инверторы неограниченной мощности! Можно создавать блочные конструкции, где каждый блок будет иметь возможность самостоятельной работы, это повысит надежность всей конструкции и даст возможность легко заменять блоки при выходе их из строя, а можно одним драйвером запустить несколько силовых блоков и они все будут работать синфазно. Так сварочный аппарат, построенный мной по такому принципу, легко отдаёт в дугу 300 ампер, при весе без корпуса 5 кГ! И это только двойной набор, наращивать же мощность можно безгранично!
Это было легкое отклонение от основной темы, но я надеюсь оно дало возможность понять и оценить все прелести схемы полного резонансного моста. Теперь вернёмся к настройке!
Настраивается так: подключаем ЗГ к мосту, учитывая фазы (транзисторы работают по диагонали), подаём питание 12-25В, во вторичную обмотку силового трансформатора Тр1 включаем лампочку на100Вт 12-24В, изменяя частоту ЗГ добиваемся наиболее яркого свечения лампочки, в нашем случае это 30-35кГц, это частота резонанса, далее я попы -таюсь подробно рассказать о том, как работает полный резонансный мост.
Транзисторы в резонансном мосте (как и в линейном) работают по диагонали, это выглядит так, одновременно открыты левый верхний Т4 и правый нижний Т2, в это время правый верхний Т3 и левый ниж -ний Т1 закрыты. Или наоборот! В работе резонансного моста можно выделить четыре фазы. Рассмотрим, что и как происходит если частота переключения транзисторов совпадает с резонансной часто -той цепочки Др.1- Срез.- Тр.1. Допустим в первой фазе открываются транзисторы Т3, Т1, время нахождения их в открытом состоянии задаётся драйвером ЗГ, и при резонансной частоте 33кГц, составляет 14 мкс. В это время ток протекает через Срез. - Др.1 - Тр.1. Ток в этой цепи сначала возрастает от нуля до масимального значения, а затем, по мере зарядки конденсатора Срез. , уменьшается до нуля. Включенный последовательно с конденсатором резонансный дроссель Др.1 формирует синусоидальные фронты. Если последовательно с резо -нансной цепочкой включить резистор, и к нему подключить осцилло -граф можно увидеть форму тока, напоминающую полупериод синусо -иды. Во второй фазе, длящейся 2 мкс, затворы транзисторов Т1, Т3 соеденены с землёй, через резистор 56 Ом и обмотку импульсного трансформатора Тр.3, это так называемое "мёртвое время". За это время емкости затворов транзисторов Т1, Т3 полностью разряжают -ся, и транзисторы закрываются. Как видно из выше сказанного, мо -мент перехода из открытого состояния в закрытое, у тразисторов совпадает с нулём тока, ведь конденсатор Срез. уже зарядился и ток через него уже не течёт. Наступает третья фаза - открываются транзис -торы Т2,Т4. Время нахождения их в открытом состоянии 14 мкс, за это время конденсатор Срез., полностью перезаряжается, образуя второй полуперид синусоиды. Напряжение до которого перезаряжается Срез., зависит от сопротивления нагрузки во вторичной обмотке Тр.1, и чем сопротивление нагрузки меньше, тем больше напряжение на Срез. При нагрузке 0,15 Ом, напряжение на резонансном конденсаторе может достигать значения 3кВ. Четвёртая фаза начинается, как и вторая, в тот момент, когда коллекторный ток транзисторов Т2,Т4 уменьшается до нуля. Эта фаза также длится 2 мкс. Транзисторы закрываются. Далее всё повторяется. Вторая и четвёртая фазы работы, необходимы для того, чтобы транзисторы в плечах моста успели закрыться до того, как откроется следующая пара, если время второй и четвертой фаз, будет меньше времени необходимого для полного закрытия выбранных тран -зисторов, возникнет импульс сквозного тока, практически КЗ по высоко -му напряжению, при этом последствия легко предсказуемы, обычно выгорает полностью плечо (верхний и нижний транзисторы), плюс сило -вой мостик, плюс пробки у соседа! :-))). Для транзисторов, применённых в моей схеме, "мертвое время" должно быть не менее 1,2 мкс, но учиты -вая разброс параметров, я сознательно увеличил его до 2 мкс.
Следует помнить ещё одну весьма важную вещь, все элементы резонансного моста оказывают влияние на частоту резонанса и при замене любого из них, будь то конденсатор, дроссель, трансформатор или транзисторы, для получения максимального КПД, необходимо заново настроить резонансную частоту! На схеме я привёл величины индуктивностей, но это не значит, что поставив дроссель или трасформатор другой конструкции, имеющий такую индуктивность, Вы полу -чите обещанные параметры. Лучше сделать, как я рекомендую. Будет дешевле!
Как работает резонансный мост, в общих чертах, вроде стало понятно, теперь разберемся какую, и достаточно важную функцию выполняет резонансный дрос -сель Др.1
Если при первой регулировке резонанс окажется намного ниже чем 30 кГц, не пугайтесь! Просто ферритовый сердечник Др1., немного другой, это легко корректируется увеличением немагнитного зазора, ниже подробно описан процесс настройки и нюансы конструкции резонансного дросселя Др.1.
Самым важным элементом резонансной схемы является резонансный дроссель Др.1, от качества его изготовления зависит мощность отдаваемая инвертором в нагрузку и частота резонанса всего преобразователя! В процес -се предварительной настройки закрепите дроссель так, чтобы его можно было снять и разобрать, для увеличения или уменьшения зазора. Всё дело в том, что ферритовые сердечники применённые мной всегда разные, и каждый раз приходится подстраивать дроссель изменением толщины немагнитного зазора! В моей практике, чтобы получить идентичные выходные параметры, приходилось менять зазоры от 0,2 до 0,8мм! Начинать лучше с 0,1мм, нахо -дить резорнанс и одновременно замерять выходную мощность, если резо -нансная частота ниже 20кГц, и выходной ток при этом не превышает 50-70А, то можно смело увеличивать зазор в 2- 2,5 раза! Все регулировки в дросселе производить только изменением толщины немагнитного зазора! Число витков не менять! В качестве прокладок применять только бумагу или картон, никогда не применять синтетические плёнки, они ведут себя не предсказуемо, могут расплавиться или вообще сгореть! При параметрах указанных на схеме индуктивность дросселя должна быть примерно 88-90мкГ, это при зазоре 0,6 мм, 12 витках провода ПЭТВ2 диаметром 2,24мм. Ещё раз повторюсь, вгонять параметры можно только изменяя толщину зазора! Оптимальная частота резонанса для ферритов с проницаемостью 2000НМ лежит в диапазоне 30-35 кГц, но это не значит, что они не будут работать ниже или выше, просто потери будут немного другие. Сердечник дросселя нельзя стягивать металлической скобой, в районе зазора металл скобы будет сильно нагреваться!
Дальше - резонансный конденсатор, не менее важная деталь! В первых конструкциях я ставил К73 -16В, но их надо минимум 10 штук, и конструкция получается достаточно громоздкая, хотя довольно надёжная. Сейчас появились импортные конденсаторы фирмы WIMA MKP10, 0,22x1000V - это специальные конденсаторы для больших токов, работают очень надёжно, я их ставлю всего 4 штуки, места практически не занимают и не греются вообще! Можно применить конденсаторы типа К78-2 0,15х1000В, их понадобится 6 штук. Соединяются в два блока по три параллельно, получается 0,225х2000В. Работают нормально, почти не греются. Либо использовать конденсаторы, предназначенные для работы в индукционных плитах, типа MKP из Китая .
Ну вот вроде разобрались, можно переходить к дальнейшей настройке.
Меняем лампу на более мощную и на напряжение 110В, и всё повторяем сначала, постепенно поднимая напряжение до 220 вольт. Если всё работает, отключаем лампу, подключаем силовые диоды и дроссель Др.2. К выходу аппарата подключаем реостат сопротивлением 1Ом х 1кВт и всё повторяем сначала измеряя напряжение на нагрузке подгоняем частоту к резонансу, в этот момент на реостате будет максимальное напряжение, при изменение частоты в любую сторону, напряжение уменьшается! Если всё правильно собрано то максимальное напряжение на нагрузке будет около 40В. Сответственно ток в нагрузке около 40А. Не трудно посчитать мощность 40х40, получаем 1600Вт, далее уменьшая сопротивление нагрузки, частотозадающим резистором подстраиваем резонанс, мах ток можно получить только на резонансной частоте, для этого подключаем вольтметр параллельно нагрузке и изменяя частоту ЗГ находим мах напряжения. Расчёт резонансных цепей подробно описан в (6). В этот момент можно посмотреть форму напряжения на резонансном конденсаторе, должна быть правильная синусоида амплитудой до 1000 вольт. При уменьшении сопротивления нагрузки (увеличении мощности), амплитуда увеличивается до 3кВ, но форма напряжения должна оставаться синусоидальной! Это важно, если возникает треугольник, это значит, что пробита ёмкость или замкнула обмотка резонансного дросселя, и то и другое не желательно! При номиналах указанных на схеме резонанс будет около 30-35кгц (сильно зависит от проницаемости феррита).
Ещё одна важная деталь, для получения максимального тока в дуге, нужно настраивать резонанс при максимальной нагрузке, в нашем случае, для получения тока в дуге 150А, нагрузка при настройке должна быть 0,14ом! (Это важно!). Напряжение на нагрузке, при настройке мах тока должно быть 22 -24В, это нормальное напряжение горения дуги! Соответственно мощность в дуге будет 150х24=3600Вт, этого достаточно для нормольного горения электрода диаметром 3-3,6мм. Сварить можно практически любую железку, я сваривал рельсы!
Регулировка выходного тока осуществляется изменением частоты ЗГ.
При повышении частоты происходит следующее, во первых: изменяется отношение длительности импульса к паузе (ступеньке); во вторых: преобразователь выходит из резонанса; и дроссель из резонансного превращается в дроссель рассеяния, то есть его сопротивление напрямую становится зависимым от частоты, чем больше частота - тем больше индуктивное сопротивление дросселя. Естественно всё это приводит к уменьшению тока через выходной трансформатор, в нашем случае изменение частоты с 30кГц до 57 кГц, вызывает изменение тока в дуге от 160А до 25А,т.е. в 6 раз! Если частоту менять автоматически то можно управлять током дуги в процессе сварки, на этом принципе реализован режим "горячий старт", его суть в том, что при любых значениях сварочного тока, первые 0,3с ток будет максимальный! Это даёт возможность легко зажигать и поддерживать дугу на малых токах. Режим тепловой защиты также организован на автоматическом увеличении частоты при достижении критической температуры, что естественно вызывает плавное уменьшение сварочного тока до минимального значения без резкого выключения! Это важно, так как не образуется кратер, как от резкого прерывания дуги!
Но в общем то без этих примочек можно и обойтись, всё работает достаточно устойчиво, и если работать без фанатизма то аппарат не нагревается более 45 градусов С, и дуга при любых режимах зажигается легко.
Далее рассмотрим схему защиты от перегрузки по току, как было сказано выше она нужна только в момент настройки и в момент совпадения режима КЗ с резонансом, если в этом режиме залипнет электрод! Как видно она собрана на 561ЛА7, схема представляет собой своеобразную линию задержки, задержка на включение 4мкс, на выключение 20мс, задержка на включение необходима для зажигания дуги в любом режиме, даже когда режим КЗ совпадает с резонансом!
Схема защиты настроена на мах ток в первичной цепи, около 30А, во время настройки лучше уменьшить ток защиты до 10-15А, для этого в схеме защиты вместо резистора 6к поставить 15к. Если всё работает попытаться зажечь дугу на какой -нибудь скрепке.
Ниже я попытаюсь объяснить почему приведенная схема защиты не эффектив -на в момент штатной работы, дело в том, что максимальный ток протекающий в первичной обмотке силового трансформатора полностью зависит только от конструкции резонансного дросселя, точнее от зазора в магнитном сердечнике этого дросселя, и чтобы мы не делали во вторичной обмотке, ток в первичной не может превысить максимальный ток резонансной цепочки! Отсюда вывод -защита настроенная на максимальный ток в первичной обмотке силового тр-ра может сработать только в момент резонананса, но зачем она нам в этот момент нужна? Только чтобы не перегрузить транзисторы в момент, когда режим КЗ совпадает с резонансом, и естественно на тот случай, если допустить, что сгорит одновременно резононсная цепочка и силовой трансформатор, то конечно такая защита необходима, собственно для этого я её и включил в схему с самого начала, когда проводил эксперименты с разными транзисторами и различными конструкциями дросселей, трансформаторов, конденсаторов. И зная пытливый ум наших людей, которые не поверят тому, что написано, и будут мотать свои тр - ры, дроссели, ставить все подряд конденсаторы, я её оставил, думаю не напрасно! :-))) Есть ещё один важный нюанс, как бы Вы не настраивали защиту, условие одно, на 9 ножку микросхемы Uc3825, не должно приходить плавно возрастающее напряжение, только быстрый фронт от 0,до +3(5)В, понимание этого, мне стоило нескольких силовых транзисторов! И ещё один совет:
- начинать настройку лучше, если в резонансном дросселе не будет зазора, это сразу ограничит ток КЗ в выходной обмотке на уровне 40 - 60А, а потом постепенно увеличивать зазор и соответственно выходной ток! Не забывая каждый раз подстраивать резонанс, с увеличением зазора он будет уходить в сторону увеличения частоты!
Ниже приведены схемы температурной защиты рис.2, горячего старта и стабилизатора горения дуги рис.3, хотя в последних разработках я их не ставлю и в качестве термозащиты приклеиваю на диоды и в обмотку силового трансформатора термовыключатели на 80°-100°С, соединяю их все последовательно, и выключаю дополнительным релле высокое напряжение, просто и надёжно! А дуга, при 62В на XX, зажигается достаточно легко и мягко, но включение схемы "горячего старта" позволяет избежать режима КЗ - резонанс! О нём говорилось выше.

Рис.2

Рис.3

Изменение наклона ВАХ от частоты, экспериментально полученные кривые при зазоре в резонансном дросселе 0,5 мм. При изменении зазора в ту или другую сторону, соответственно меняется крутизна всех кривых. При увеличении зазора ВАХ становятся более пологими, дуга более жесткой! Как видно из полученных графиков, увеличивая зазор, можно получить достаточно жёсткую ВАХ. И хотя начальный участок будет иметь вид крутопадающий, БП с такой ВАХ уже можно использовать с полуавтоматом С02, если уменьшить вторичную обмотку до 2+2 витков.

6. Новые разработки и описание их работы.

Здесь приведены схемы моих последних разработок и комментарии к ним.

На рис.5 приведенна схема сварочного инвертора с изменённой схемой блока защиты, в качестве датчика тока применён датчик Холла типа Ss495, этот датчик имеет линейную зависимость выходного напряжения от силы магнитного поля, и вставленный в распиленное кольцо из пермаллоя, позволяет измерять токи до 100 ампер. Через кольцо пропускается провод, цепь которого нуждается в защите, и при достижении предельно допустимого тока в этой цепи, схема даст команду на отключение. В моей схеме при достижении максимально допустимого тока, в защищаемой цепи, блокируется задающий генератор. Я пропускал через кольцо плюсовой провод высокого напряжения (+310В) тем самым ограничивая ток всего моста на уровне 20 - 25А. Для того, чтобы дуга зажигалась легко и схема защиты не давала ложных отключений, после датчика Холла введена RC цепочка, изменяя параметры которой можно установить задержку на выклю -чение силового блока. Вот собственно и все изменения, как видно силовую часть я практически не изменял, она оказалась весьма надёжной, уменьшил только входную ёмкость с 1000 до 470мкф, но это уже предел, меньше ставить не стоит. А без этой ёмкости вообще не рекомендую включать устройство, возникают высоковольтные выбросы и может выгореть входной мостик, со всеми вытека -ющими последствиями! Параллельно среднему диоду рекомендую поставить трансил 1,5КЕ250СА, в параллельных диодам RC цепочках, увеличить мощность резисторов до 5 Вт. Изменена система запуска, теперь она же является защитой от длительного режима КЗ, при залипании электрода, конденсатор включенный параллельно релле, задаёт задержку на отключение. Если на выходе стоит по одному силовому диоду 150EBU04 в плече, то я рекомендую не ставить больше 50mF, и хотя задержка будет всего несколько десятков милисекунд, этого вполне достаточно для поджига дуги и диоды не успевают сгореть! При включении двух диодов параллельно, можно увеличить емкость до 470mF, соответственно задержка увеличится до нескольких секунд! Работает система запуска так, при подключении к сети переменного тока, RC цепочка, состоящая из конденсатора ёмкостью 4mF и резистора сопротивлением 4-6 Ом, ограничивает входной ток на уровне 0,3А, основная ёмкость 470гг^х350у, медленно заряжается и естественно выходное напряжение повышается, как только на выходе напряжение достигает примерно 40В, срабатывает запускающее релле, замыкая своими контактами RC цепочку, после этого напряжение на выходе поднимается до 62В. Но любое релле обладает интересным свойством, срабатывает при одном токе, а отпускает якорь при другом токе. Обычно это соотношение 5/1, чтобы было понятней, если релле включилось при токе 5mA, то отключится при токе 1mA. Сопротивление включённое последовательно с релле, подобрано так, что включение происходит при 40В, а отключение при 10В. Так как цепочка релле - резистор, включена параллельно дуге, а как мы знаем дуга горит в диапазоне 18 - 28В, то и релле находится во включенном состоянии, если на выходе возникает КЗ (залипание электрода), то напряжение резко падает до 3-5В, учитывая падение на кабелях и электроде. При таком напряжении релле не может больше удерживаться во включенном состоянии и размыкает силовую цепь, включается RC - цепочка, но пока сохраняется режим КЗ в выходной цепи силовое релле будет разомкнуто. После устранения режима КЗ, напряжение на выходе начинает повышаться, срабатывает силовое релле и аппарат снова готов к работе, весь это процесс занимает 1-2 секунды, и практически не заметен, и оторвав электрод, можно сразу приступать к новым попыткам зажечь дугу. :-))) Обычно дуга плохо зажига -ется, если неправильно выбран ток, сырые или некачественные электроды, обсыпалась обмазка. И вообще следует помнить, что сварка на постоянном токе, если напряжение ХХ не превышает 65В требует идеально сухих электродов! Обычно на упаковке электродов пишут напряжение ХХ для сварки на постоянном токе при котором должен стабильно гореть электрод! Для АНО21 напряжение ХХ должно быть больше 50 Вольт! Но это для прокаленных электродов! А если они хранились годами в сыром подвале, то естественно гореть будут плохо, и лучше если напряжение ХХ будет выше. При 14 витках в первичной обмотке, напряжение ХХ около 66В. При таком напряжении большинство электродов горит нормально.
Ещё для уменьшения веса, вместо трансформатора на 15В, применён преобразователь на микросхеме IR53HD420, это очень надёжная микросхема, и на ней легко создать блок питания мощностью до 50Вт. Трансформатор в БП намотан в чашке Б22 - 2000НМ, первичная обмотка 60 витков, провод ПЭВ-2, диаметром 0,3мм, вторичная 7+7 витков, проводом диаметром 0,7мм. Частота преобразования 100 -120кГц, рекомендую ставить в качестве частотозадающего резистора подстроечник, чтобы в случае возникновения биений с силовым блоком иметь возможность изменить частоту! Возникновение биений - смерть аппарата!

Конструкция дросселя Др.1 и др.2

Прокладки из картона, 3 шт. Для Др.1 0,1 - 0,8 мм (подбирается при настройке) для Др.2 - 3 мм.
Сердечник 2хШ16х20 2000НМ
Каркас катушки склеивается из тонкого стеклотекстолита, одевается на деревянную оправку, и мотается необходимое количество витков. Др.1 - 12 витков, провод ПЭТВ-2, диаметр 2,24 мм, мотается с воздушным междувитковым зазором, толщина зазора 0,3 - 0,5 мм. Можно использовать толстую, хлопчатобумажную нитку, аккуратно укладывая её между витками провода, смотри рисунок. Др.2 - 6,5 витков мотается в четыре провода, марка ПЭТВ -2, диаметр 2,24 мм, общее сечение 16 кв. , мотается вплотную, в два слоя. Витки необходимо скрепить, можно эпоксидной смолой.

Рис.6 конструкция резонансного и выходного дросселя.

На Рис.7 показана конструкция силового блока, такой себе "слоёный пирог", это для ленивых:-)))

Рис.8

Рис.9

Рис.10

Рис.11

Рис.8 - 11 разводка блока управления, для тех кому вообще всё в лом:-))). Хотя разобраться, что и куда ведёт, необходимо!

Схема горячего старта

Рис.12 Схема мягкого поджига

Рис.12 система мягкого поджига, очень эффективна при работе на малых токах. Не зажечь дугу практически не возможно, просто ставишь электрод на металл, и постепенно начинаешь отводить, возникает малоамперная дуга, она не может приварить электрод, не хватает мощности, но горит и тянется отлично, зажигается как спичка, очень красиво! Ну а когда загорелась эта дуга, парал -лельно подключается силовая, если вдруг электрод залип, то мгновенно отключается силовой ток, остаётся только ток поджига. И пока не загорится дуга, силовой ток не включается! Советую поставить, дуга будет при любых условиях, силовой блок не перегружается и всегда работает в оптимальном режиме, токи КЗ практически исключаются!

Рис.13

Блок управления силовой дугой показан на Рис.13. Работает так - меряет напряжение на выходном резисторе системы поджига, и даёт сигнал на запуск силового блока только в диапазоне напряжений 55 - 25V, то есть только в тот момент когда горит дуга!

Контакты релле Р работают на замыкание, и включаются в разрыв высоковольтной цепи силового блока. Релле 12VDC, 300VDC x 30A.
Релле с такими параметрами найти довольно сложно, но можно пойти другим путём:-)) включить релле на размыкание, один контакт подключить к +12V, а второй через резистор сопротивлением 1кОм, подлключить к 9 ножке микросхемы Uc3825 в блоке ЗГ. Работает не хуже! Или применить схему приведенную ниже на Рис.15,

Схема абсолютно автономная, но при несложной доработке, её можно использовать одновременно как блок питания (12V) для схемы управления, мощность этого преобразователя не более 200Вт. На транзисторы и диоды необходимо поставить радиаторы. Выходные ёмкости и выходной дроссель в силовом блоке, при подключении "МП", вообще исключить. На Рис.14 показана полная схема сварочного инвертора с системой мягкого поджига.

точка подключения показана красным пунктиром на Рис.14

Рис.16. Рабочая схема одного из вариантов мягкого поджога

7. Заключение

В заключении хочу коротко отметить главные моменты о которых нужно помнить при конструировании мощного резонансного сварочного инвертора:
а) полностью исключить ШИМ, для этого необходимо стабилизированное напряжение питания задающего генератора, никаких изменяющихся напряжений на входы усилителя "ошибки"(1,3), минимальное время "плавного запуска" задаётся ёмкостью на (8), блокировку микросхемы (9) производить только резким перепадом напряжения, лучше всего логическим из 0 в +5В с крутым фронтом наростания, включение таким же логическим спадом от +5В в 0;
б) в затворах силовых транзисторов обязательно ставить двуханодные стабилитроны типа КС213;
в) управляющий трансформатор размещать в непосредственной близости от силовых транзисторов, провода идущие к затворам скручивать парами;
г) при разводке платы силового моста, помнить, что по дорожкам будут протекать значительные токи (до 25А), поэтому шину (-) и шину (+), а также шины подключения резонансной цепи, необходимо сделать как можно шире, а медь залудить;
д) все силовые цепи должны иметь надёжные соединения, лучше всего их пропаять, плохой контакт, при токах больше 100А, может привести к расплавлению и возгоранию внутренних частей аппарата;
е) провод подключения к сети должен иметь достаточное сечение 1,5 - 2,5 мм кв;
ж) на входе обязательно ставить предохранитель на 25А, можно поставить автомат;
з) все высоковольтные цепи должны быть надёжно изолированны от корпуса и выхода;
и) резонансный дроссель не стягивать металлической скобой, и не накрывать сплошным металлическим кожухом;
к) необходимо помнить, что на силовых элементах схемы выделяется значительное количество тепла, это необходимо учитывать при размеще -нии деталей в корпусе, необходимо предусмотреть систему вентиляции;
л) параллельно выходным силовым диодам обязательно ставить защитные RC - цепочки, они защищают выходные диоды от пробоя по напряжению;
м) никогда не ставить в качестве резонансного конденсатора всякий мусор, это может привести к весьма плачевным результатам, только те типы которые обозначены на схеме, это К73-16В (0,1х1600В) или WIMA MKP10 (0,22х1000В), К78-2 (0,15х1000В) включив их последовательно -параллельно.
Строгое соблюдение всех выше перечисленных пунктов обеспечит 100% успех и Вашу безопасность. Необходимо всегда помнить - силовая электроника не прощает ошибок!

8. Принципиальные схемы и описание работы, инвертора с дросселем рассеяния.

Один из способов создания падающей вольт - амперной характеристики у сварочного аппарата, это применение дросселя рассеяния. По такой схеме построен аппарат "Форсаж". Это, что то среднее между обыкновенным мостом, ток в котором управляется ШИМом, и резонансным, управляемым изменением частоты.

Я постараюсь осветить все плюсы и минусы такого построения сварочного инвер тора. Начнём с плюсов: а) регулировка тока - частотная, при повышении частоты ток уменьшается. Это даёт возможность регулировки тока в автоматическом режи -ме, легко строится система "горячего старта".
б) падающая ВАХ формируется дросселем рассеяния, такое построение более надёжное, чем параметрическая стабилизация при ШИМ, и более быстрая, нет задержки на включение активных элементов. Простота и надёжность! Пожалуй это все плюсы. :-(^^^Л
Теперь о минусах, их тоже не много:
а) транзисторы работают в линейном режиме переключения;
б) для защиты транзисторов требуются снабберы;
в) узкий диапазон регулировки тока;
г) низкие частоты преобразования, обусловлены параметрами силового переключения транзисторов;
но они довольно существенны, и требуют своих методов их компенсации. Разберём работу инвертора построенного по такому принципу см. Рис. 17 Как видим его схема практически не отличается от схемы резонансного инвертора, изменены только параметры LC цепочки в диагонали моста, введены снабберы для защиты транзисторов, уменьшены сопротивления резисторов включенных параллельно затворным обмоткам задающего трансформатора, увеличена мощность этого трансформатора.
Рассмотрим LC цепочку включенную последовательно с силовым трансформатором, емкость конденсатора С, увеличена до 22 мкР, сейчас он работает как симметрирую -щий конденсатор, не дающий намагнититься сердечнику. От параметров дросселя L полностью зависит ток КЗ преобразователя, диапазон регулировки мощности, часто -та преобразования инвертора. При частотах преобразования аппарата "Форсаж 125," а это 10 - 50 кГц, индуктивность дросселя составляет 70 мкГ, на частоте 10 кГц сопротивление такого дросселя 4,4 Ом, следовательно ток КЗ, через первичную цепь, будет 50 ампер! Но не более! :-) Для транзисторов это конечно многовато, поэтому в "Форсаже" применена двухступенчатая защита от перегрузки по току, ограничивающая ток КЗ на уровне 20-25 ампер. ВАХ такого преобразователя представляет собой круто падающую прямую, линейно зависящую от выходного тока.
При увеличении частоты, реактивное сопротивление дросселя возростает, следова -тельно происходит ограничение тока протекающего через первичную обмотку выходного трансформатора, выходной ток линейно уменьшается. Недостатком такой системы регулировки тока, является то, что форма тока с увеличением частоты становится похожа на треугольник, а это увеличивает динамические потери, и на транзисторах выделяется лишнее тепло, но учитывая то, что общая мощность понижается, и ток через транзисторы тоже понижается, этими величинами можно принебречь.
Практически, самым существенным недостатком, схемы инвертора с дросселем рассеяния, является работа транзисторов в режиме линейного (силового) переклю -чения тока. Такое переключение, предъявляет повышенные требования к драйверу управляющему этими транзисторами. Лучше всего применять драйверы на микро -схемах фирмы IR, которые непосредственно предназначены для управления верхними и нижними ключами мостового преобразователя. Они выдают чёткие импульсы в затворы управляемых транзисторов, и в отличие от трансформаторной системы управления, не требуют много мощности. Но трансформаторная система образует гальваническую развязку, и в случае выхода из строя силовых транзисторов, схема управления сохраняет свою работоспособность! Это неоспоримое преи -мущество не только с экономической стороны построения сварочного инвертора, но и со стороны простоты и надёжности. На Рис.18 Приведена схема БУ инвертора с драйверами, а на Рис.17 , с управлением через импульсный трансформатор. Выходной ток регулируется изменением частоты от 10кГц (Imax) до 50кГц(1т1п). Если поставить более высокочастотные транзисторы, то диапазон регулировок тока можно немного расширить.
При построении инвертора такого типа, необходимо учитывать точно такие же условия, как и при построении резонансного преобразователя, плюс все особенности построения преобразователя работающего в режиме линейного перключения. Это: жёсткая стабилизация напряжения питания задающего блока, режим возникновения ШИМ - недопустим! И все остальные особенности перечисленные в п.7 на стр.31. Если вместо управляющего трансформатора применяются драйверы на микросхе -мах, всегда помнить, что минус низковольтного питания будет соединён с сетью, и принять дополнительные меры безопасности!

Блок управления на IR2110

Рис.18

9. Конструктивные и схемные решения предложенные и опробованные
моими друзьями и последователями.

1. Силовой трансформатор намотан на одном сердечнике типа Ш20х28 2500НМС, первичная обмотка 15 витков, провод ПЭТВ-2, диаметр - 2,24мм. Вторичная 3+3 витка провод 2,24 в четыре провода, общее сечение 15,7мм кв.
Работает хорошо, обмотки практически не греются даже на больших токах, спокойно отдаёт в дугу более 160А! Но греется сам сердечник, примерно до 95 градусов, нужно ставить в обдув. Но зато выигрывается вес (0,5кГ) и освобождается объём!
2. Вторичная обмотка силового трансформатора мотается медной лентой 38х0,5мм, сердечник 2Ш20х28, первичная обмотка 14 витков, провода ПЭВ-2, диаметром 2,12.
Работает замечательно, напряжение ХХ около 66В, греется до 60 градусов.
3. Выходной дроссель намотан на одном Ш20х28, 7 витков многожильного медного провода, сечением от 10 до 20мм кв, на работе никак не сказывается. Зазор 1,5 мм, индуктивность 12мкГ.
4. Резонансный дроссель - намотан на одном Ш20х28, 2000НМ, 11 витков, провод ПЭТВ2, диаметром 2,24. Зазор 0,5мм. Частота резонанса 37кГц.
Работает хорошо.
5. Вместо Uc3825, применена 1156ЕУ2.
Работает отлично.
6. Входная ёмкость варьировалась от 470мкФ до 2000мкФ. Если не меняется зазор
в резонансном дросселе, то с увеличением ёмкости входного конденсатора, пропор -ционально растёт мощность, отдаваемая в дугу.
7. Была полностью исключена защита по току. Аппарат работает уже почти год и сгорать не собирается.
Это усовершенствование упростило схему до полного бестыдства. Но применение защиты от длительного КЗ и системы "горячий старт"+ "антипригар" практически полностью исключают возникновение перегрузки по току.
8. Выходные транзисторы поставлены на один радиатор через силиконо-керамические прокладки, типа "НОМАКОН".
Работают отлично.
9. Вместо 150EBU04 ставились по два параллельно 85EPF06. Работает отлично.
10. Изменена система регулировки тока, преобразователь работает на резонансной частоте, а регулировка выходного тока осуществляется изменением длительности управляющих импульсов.
Проверил, работает отлично! Ток регулируется практически от 0 и до мах! Схема аппарата с такой регулировкой представлена на рис.21.

Тр.1 - силовой трансформатор 2Ш20х28, первичка - 17 витков, ХХ=56В Д1-Д2 - HER208 Д3,Д5 - 150EBU04
Д6-Д9 - КД2997А
Р - запускающее релле, 24В, 30А - 250VAC
Др.3 - мотается на ферритовом колечке К28х16х9, 13-15 витков
монтажного провода сечением 0,75мм кв. Индуктивность не менее
200мкН.

Схема представленная на Рис.19 удваивает выходное напряжение. Удвоенное напряжение подаётся параллельно дуге. Такое включение облегчает поджиг на всех режимах работы, повышает стабильность дуги (дуга легко тянется до 2 см), улучшает качество сварного шва, можно варить электродами большого диаметра на малых токах, при этом не перегревая свариваемую деталь. Позволяет легко дозировать количество наплавляемого металла, при отводе электрода дуга не гаснет, но ток резко уменьшается. При повышенном напряжении легко зажигаются и горят электроды всех марок. При сварке тонкими электродами (1,0 - 2,5 мм) на малых токах достигается идеальное качество сварного шва, даже у "чайников". Мне удавалось четвёркой приварить лист толщиной 0,8мм к уголку толщиной 5мм (52х52). Напряжение ХХ без удвоения было 56В, с удвоителем 110В. Ток удвоителя ограничивается конденса -торами 0,22х630В типа К78-2, на уровне 4 - 5 Ампер в режиме дуги, и до 10А при КЗ. Как видим пришлось добавить ещё два диода для запускающего релле, при таком включении оно также является защитой от режима длительного КЗ, как и в схеме на Рис.5. Выходной дроссель Др.2 оказался не нужен, а это 0,5кГ! Дуга горит устойчиво! Оригинальность данной схемы заключается в том, что фаза удвоенного напряжения повёрнута на 180 градусов относительно силового, поэтому высокое напряжение после разряда выходных конденсаторов не блокирует силовые диоды, а заполняет удвоенным напряжением промежутки между импульсами. Именно этот эффект повышает стабильность дуги и улучшает качество шва!
Похожие схемы ставят итальянцы в промышленные переносные инверторы.

На Рис.20 показана схема сварочного инвертора с самой совершенной конфигурацией. Простота и надёжность, минимум деталей, ниже приведены его технические характеристики.

1. Напряжение питания 210 -- 240 В
2. Ток в дуге 20 - 200 А
3. Ток потребляемый от сети 8 - 22 А
4. Напряжение XX 110 В
5. Вес без корпуса менее 2.5 кг

Как видим, схема на Рис.20 не сильно отличается от схемы на Рис.5. Но это полностью законченная схема, она практически не нуждается в дополнительных системах поджига и стабилизации горения дуги. Применение удвоителя выходного напряжения позволило исключить выходной дроссель, увеличить выходной ток до 200А и на порядок улучшить качество сварных швов на всех режимах работы, от 20А до 200А. Дуга зажигается очень легко и приятно, устойчиво горят электроды почти всех типов. При сварке нержавеющих сталей, качество шва сделанного электродом, не уступает сварному шву сделанному в аргоне!
Все моточные данные аналогичны предыдущим конструкциям, только в силовом трансформаторе можно мотать первичную обмотку 17-18 витков, проводом 2,0-2,12 ПЭТВ-2 или ПЭВ-2. Сейчас нет смысла повышать выходное напряжение трансфор -матора, для отличной работы достаточно 50-55В, всё остальное сделает удвоитель. Резонансный дроссель точно такой конструкции, как в предыдущих схемах, только имеет увеличенный немагнитный зазор (подбирается экспериментально, ориентировочно 0,6 - 0,8мм).

Уважаемые читатели, вашему вниманию предложено несколько схем, но фактически это одна и таже силовая установка с различными дополнениями и усовершенствованиями. Все схемы были многократно испытаны и показали высокую надёжность, неприхотливость и отличные результаты при работе в различных климатических условиях. Для изготовления сварочного аппарата Вы можете взять любую из приведенных схем, воспользоваться предложенными изменениями и создать аппарат полностью удовлетворяющий Ваши требования. Практически ничего не меняя, только увеличивая или уменьшая зазор в резонансном дросселе, увеличивая или уменьшая радиаторы на выходных диодах и транзисторах, увеличивая или уменьшая мощность охладителя, Вы можете получить целую серию сварочных аппаратов, с максимальным выходным током от 100А до 250А и ПВ=100%. ПВ зависит только от системы охлаждения, и чем мощнее применяемые вентиляторы и больше площадь радиаторов, тем дольше сможет работать Ваш аппарат в непрерывном режиме при максимальном токе! Но увеличение радиаторов влечёт за собой увеличение размеров и веса всей конструкции, поэтому прежде чем приступить к изготовлению сварочного аппа -рата всегда нужно сесть и подумать для каких целей он Вам будет нужен! Как показала практика, ничего супер сложного в конструировании сварочного инвертора с использованием резонансного моста нет. Именно применение для этой цели резонансной схемы, позволяет на 100% избежать проблем связан -ных с монтажем силовых цепей, а при изготовлении силового прибора в до -машних условиях эти проблемы возникают всегда! Резонансная схема решает их автоматически, сохраняя и продляя жизнь силовым транзисторам и диодам!

10. Сварочный аппарат с фазовой регулировкой выходного тока

Схема представленная на Рис.21 наиболее привлекательна с моей точки зрения. Испытания показали высокую надёжность такого преобразователя. В этой схеме полностью использованы преимущества резонансного преобразователя, так как частота не меняется, выключение силовых ключей происходит всегда в нуле тока, а это важный момент с точки зрения управляемости ключей. Регулировка тока осуществляется изменением длительности импульсов управления. Такое схемное решение позволяет изменять выходной ток практичес -ки от 0 и до максимального значения (200А). Шкала регулировки полностью линей -ная! Изменение длительности управляющих импульсов достигается путём подачи изменяющегося напряжения в диапазоне 3-4В на 8 ножку микросхемы Uc3825. Изменение напряжения на этой ножке с 4В до 3В даёт плавное изменение длительности цикла от 50% до 0%! Регулировка тока таким способом, позволяет избе -жать такого неприятного явления, как совпадение резонанса с режимом КЗ, возмож -ного при частотном регулировавнии. Следовательно исключается ещё один возмож -ный режим перегрузки! Как следствие, можно вообще убрать схему защиты по току, единожды настроив максимальный выходной ток зазором в резонансном дросселе. Настраивается аппарат точно так, как и все предыдущие модели. Единственное, что необходимо сделать, это перед началом настройки выставить максимальную дли -тельность цикла, установив на 8 ножке напряжение 4В, если этого не сделать, то резонанс будет смещён, и на максимальной мощности точка переключения ключей может не совпадать с нулём тока. При больших отклонениях, это может привести к динамической перегрузке силовых транзисторов, их перегреву и выходу из строя. Применение удвоителя напряжения на выходе даёт возможность уменьшить нагрузку на сердечник, увеличив количество витков первичной обмотки до 20. Выходное напряжение ХХ при этом получается 46,5В, соответственно после удвои -теля 93В, что отвечает всем нормам безопасности для инверторных сварочных источников! Понижение выходного напряжения силового блока позволяет использовать более низковольтные (более дешёвые) выходные диоды. Можно смело ставить 150EBU02 или BYV255V200. Ниже приведены моточные данные моего сварочного инвертора последней модели.
Тр.1 Провод ПЭВ-2, диаметр 1,81мм, количество витков -20. Вторичная обмотка 3+3, 16мм кв, мотается в 4 провода диаметром 2,24. Конструкция аналогична предыдущим. Сердечник Е65, №87 фирмы ЭПКОС. Наш приблизительный аналог 20х28, 2200НМС. Сердечник один!
Др.1 10 витков, ПЭТВ-2 диаметром 2,24мм. Сердечник 20х28 2000НМ. Зазор 0,6-0,8мм. Индуктивность 66мкГ для мах тока в дуге 180-200А. Др.3 12 витков монтажного провода, сечение 1мм кв, кольцо 28х16х9, без зазора, 2000НМ1
При таких параметрах, резонансная частота около 35кГц. Как видно из схемы -защиты по току нет, выходного дросселя нет, выходных конденсаторов нет. Силовой трансформатор и резонансный дроссель намотаны на одиночных сердечниках типа Ш20х28. Всё это позволило уменьшить вес и высвободить объём внутри корпуса, и как следствие облегчить температурный режим всего аппарата, и спокойно поднять ток в дуге до 200А!

Список полезной литературы.

1. "Радио" №9, 1990г.
2. " Микросхемы для импульсных источников питания и их применение", 2001г. Издательство "ДОДЕКА".
3. " Силовая электроника", Б.Ю. Семёнов, Москва 2001г.
4. " Силовые полупроводниковые ключи", П.А. Воронин, "ДОДЕКА" 2001г.
5. Каталог п/п приборов фирмы NTE.
5. Справочные материалы фирмы IR.
6. ТОЭ, Л.Р.Нейман и П.Л.Калантаров, Часть 2.
7. Сварка и резка металлов. Д.Л.Глизманенко.
8. "Микросхемы для линейных источников питания и их применение", 2001г. Издательство "ДОДЕКА".
9. "Теория и расчёт трансформаторов ИВЭ". Хныков А.В. Москва 2004г.

Самодельный сварочный инвертор рядом с компьютерным блком питания:

Страница подготовлена по мотивам книги "Сварочный инвертор - это просто" В.Ю.Негуляев

Инверторная сварка быстро вошла в рабочую сферу мобильных бригад и отдельных специалистов, выполняющих заказы по вызову. Наличие такого сварочного аппарата полезно и каждому хозяину в гараже или частном доме. Компактные размеры устройства, малый вес и высокие показатели качества шва, выгодно выделяют его на фоне крупных трансформаторов. К сожалению, магазинная цена позволяет не всем стать владельцем этого оборудования. Но для тех, кто умеет работать своими руками выход есть - это самодельный сварочный инвертор. Какие инструменты и материалы понадобятся для его создания? Как собрать основные узлы? Что включается в обслуживание и ремонт самодельного устройства?

Решая создать аппарат из сподручных деталей, доступный по цене, и пригодный для сварки дома или на небольших заказах, следует осознавать реальность результата. Самодельный инверторный сварочный аппарат значительно проигрывает во внешнем виде перед магазинными аналогами. Для солидного частного предпринимателя, специализирующегося на проводке отопления, установке ограждений, металлических дверей и иных услуг, такой агрегат будет выглядеть не авторитетно.

Но простой сварочный инвертор своими руками отлично подойдет для личных нужд в частном доме, или работах в гараже. Такой аппарат будет способен потреблять 220V от сети, преобразовывать их в 30V, а силу тока увеличивать до 200А. Этого вполне достаточно для работы электродами диаметром 3 и 4 мм. Качество шва будет лучше громоздкого трансформатора, поскольку переменный ток преобразуется в постоянный, и затем обратно в переменный, но с высокой частотой.

Такие инверторы сгодятся для сварки забора, ворот, собственного отопления, дверей. Его удобно переносить, и даже варить с ним, повесив на плечо. Если новичок будет усердно тренироваться, смотреть видео и пробовать на практике накладывать швы, то станет возможным сварка тонких листов стали. Впоследствии можно усовершенствовать схемы сварочных инверторов, своими руками добавив в них механизм подачи проволоки, барабанное крепление и газовые клапана, чтобы получился полуавтомат. Возможна и переделка под аргоновую сварку.

Необходимые детали и инструменты

Для создания инверторного сварочного аппарата своими руками не обойтись без похода в магазин или на рынок. Собрать его абсолютно бесплатно, из предметов в гараже, невозможно. Но итоговая стоимость будет в три раза дешевле покупки готовой продукции. В сварочниках и их создании применяются:

• набор отверток;
• пассатижи;
• паяльник, для изготовления электрической платы;
• дрель, для отверстий под переключатели и вентиляцию;
• ножовка;
• листовой металл под корпус;
• болты и саморезы;
• приборы и кнопки на панель;
• конденсаторы, транзисторы и диоды;
• медная шина для обмотки;
• провода для соединения всех узлов;
• элементы для сердечника;
• изоляционная бумага и изолента;
• силовые и рабочие кабеля.

Перед тем, как приступить к созданию сварочного инвертора своими руками, схема которого уже должна быть распечатана на бумаге, стоит посмотреть несколько видео от специалистов о пошаговой сборке. Это поможет увидеть наглядно с чем придется столкнуться, и сравнить результат. Далее предоставляется поэтапная инструкция о том, как сделать сварочный инвертор своими руками. Допускаются некоторые отклонения и вариации, в зависимости от того, какой мощности аппарат необходим на выходе, и какие подручные материалы имеются в наличии.

Трансформатор

Электрическая составляющая инвертора начинается с трансформатора. Он отвечает за понижение напряжения до рабочего уровня, безопасного для жизни, и повышения силы тока, до величины способной плавить металл. Прежде всего необходимо выбрать материал для сердечника. Это могут быть заводские стандартные пластины или самодельный каркас из листового железа. Видео в сети помогает увидеть главный принцип этой конструкции, независимо от используемых вариантов.

Сварочные трансформаторы лучше мотать из медной шины, поскольку оптимальные характеристики - это достаточная ширина и небольшое сечение. Такие параметры позволят задействовать все физические ресурсы материала. Но если такой шины нет, то можно воспользоваться проводом другого сечения. Все это влияет на степень нагрева изделия во время работы.

Трансформатор мотается вручную и состоит из двух частей: первичной и вторичной обмоток. Для инвертора своими руками подойдет:

• Феррит 7 х 7. Первичную обмотку создают из провода ПЭВ 0.3 мм, который наматывают ровно, виток к витку, 100 оборотов.
• Следующий слой - это изолирующая бумага. Подойдет лента от кассового аппарата или стеклоткань. Первая сильно темнеет при нагреве, но сохраняет свои свойства.
• Вторичную обмотку наносят в несколько уровней. Первым идет ПЭВ 1.0 мм в 15 оборотов. Поскольку витков мало, их следует распределить по всей ширине равномерно. Их покрывают лаком и слоем бумаги.
• Второй уровень состоит из ПЭВ 0.2 мм в 15 оборотов, с последующей изоляцией, аналогичной предыдущим слоям.
• Заключительный уровень изготавливается из ПЭВ 0.35 в 20 оборотов. Изолировать слои можно и второпластовой лентой.

Корпус

Когда главный элемент инвертора своими руками создан, можно заняться изготовлением корпуса. Ориентироваться можно на ширину трансформатора, чтобы он свободно помещался внутри. От его размеров стоит рассчитать еще 70% требуемого места под остальные детали. Защитный кожух можно собрать из листа стали 0.5 - 1.0 мм. Углы можно соединить сваркой, болтами, или сделать цельными стороны на гибочном станке (что потребует дополнительных расходов). Понадобится предусмотреть ручку или крепление под ремень для переноса инвертора.

Создавая корпус стоит предусмотреть легкую разборку и доступ к основным элементам в случае ремонта. Необходимо сделать отверстия на лицевой стороне под:

• переключатели силы тока;
• кнопку питания;
• световые диоды, сигнализирующие о включении;
• разъемы под кабеля.

Магазинные сварочные инверторы красятся порошковым покрытием. В домашнем производстве подойдет обычная краска. Традиционными цветами для сварочных аппаратов являются красный, оранжевый и синий.

Охлаждение

В корпусе нужно просверлить достаточно отверстий для вентиляции. Желательно, чтобы они находились в противоположных сторонах напротив друг друга. Понадобиться и вентилятор. Им может стать кулер из старого компьютера. Устанавливать его нужно работой на вытяжку горячего воздуха. Приток холодного производится через отверстия. Разместить кулер стоит максимально близко к трансформатору, - самому горячему элементу устройства.

Преобразование тока

Схема сварочного инвертора обязательно включает диодный мост. Он отвечает за изменение напряжения в постоянное. Пайка диодов осуществляется по схеме «косого моста». Эти элементы тоже подвержены нагреву, поэтому крепить их следует на радиаторы, которые доступны в старых системных блоках. Для их поиска можно обратиться в ремонтные мастерские по компьютерам.

Два радиатора размещаются по краям диодного моста. Между ними и диодами необходимо установить прокладки из термопласта или другого изолятора. Выводы направляются к контактным проводам транзисторов, которые отвечают за возврат тока в переменный, но с повышенной частотой. Соединенные вместе провода должны иметь длину 150 мм. Трансформатор и диодный мост рекомендуется разделять внутренней перегородкой.

В схеме инвертора обязательно наличие конденсаторов, с последовательным соединением. Они отвечают за уменьшение резонанса трансформатора и минимизацию потерь в транзисторах. Последние открываются быстро, а закрываются медленно. При этом появляются потери тока, которые конденсаторы компенсируют.

Сборка и укомплектовка

После создания всех составляющих устройства можно переходить к сборке. На основание крепится трансформатор, диодный мост, электронная схема управления. Происходит соединение всех проводов. На наружную панель фиксируются:

• переключатели резистора;
• кнопка включения;
• световые индикаторы;
• ШИМ-контроллер;
• разъемы под кабеля.

Держатель и зажим для массы лучше купить готовые, потому что они более безопасные и удобные. Но возможно изготовить держатель и самостоятельно, из стальной проволоки диаметром 6 мм. Когда все детали установлены и подключены, можно приступать к проверке аппарата. Меряется исходное напряжение. При 15V оно не должно показывать выше 100А. Осциллографом тестируется диодный мост. После, испытывается временная пригодность к работе, путем слежения за нагревом радиаторов.

Ремонт своими руками

Для длительной и бесперебойной работы инвертор важно правильно обслуживать. Для этого следует раз в два месяца выполнять продувку от пыли, предварительно сняв кожух. Если аппарат перестал работать, можно самостоятельно выполнить ремонт, посмотрев видео в сети основных поломок и способов устранения.

Что проверяется в первую очередь:

• Напряжение на входе. Если оно отсутствует или недостаточно по величине, то устройство работать не будет.
• Предохранители. При скачке сгорают защитные элементы или срабатывает отключение автоматом.
• Температурный датчик. При повреждении блокирует работу последующих узлов.
• Клеммы контактов и паяные соединения. Разрыв цепи прекращает движение тока и рабочие процессы.

Изучив схемы обычных инверторов, и приобретя необходимые детали, а также просмотрев обучающие видео, можно собрать качественный аппарат для сварки, который очень пригодится хорошему хозяину.