Exterio05.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Самый простой сварочный инвертор своими руками: схема, устройство

Как сделать сварочный инвертор своими руками

Время чтения: 10 минут

Инверторная сварка — самая популярная из всех на данный момент. Казалось бы, еще 20 лет назад об инверторах и речи не шло. А сейчас простенький инверторный аппарат можно найти на даче у каждого второго дачника и в гараже у многих автомобилистов. Раньше сварочный аппарат был сложен в освоении и за сварку принимались только те, кто действительно хотел постичь все азы этого дела. Но времена изменились. Сейчас даже новичок может включить инвертор в розетку и начать сварку, посмотрев один-два обучающих ролика в интернете.

Не удивительно, что инверторные аппараты завоевали такую популярность. Производители во многом этому поспособствовали, выпустив в продажу бюджетные аппараты. Сейчас можно зайти в обычный строительный магазин и увидеть там инвертор ценой в 50$, а то и меньше. Ассортимент большой, и каждый может подобрать аппарат для своих целей.

Но что делать, если у вас нет средств на качественный инвертор, а покупать дешевого «китайца» вы не хотите? А может быть, вы просто любите изготавливать электроприборы и хотите собрать сварочный аппарат? Эта статья для вас. Мы расскажем, что такое инвертор, каково его устройство и принцип работы, стоит ли вообще собирать инвертор самому и, наконец, как сделать сварочный инвертор своими руками.

Электрическая схема инвертора

В качестве ключевого компонента устройства использован интегральный управляемый мультивибратор СD4047BD с элементами подстройки частоты следования генерируемых импульсов, силовая часть собрана на спаренных полевых транзисторах. Для получения выходного напряжения 220 В использован повышающий трансформатор, входы первичных обмоток которого подключены непосредственно к выводам D (стокам) силовых транзисторных сборок.

Силовые оконечные каскады А собраны на спаренных полевых транзисторах. Схема оконечного каскада показана далее.

200-омные резисторы в цепи затвора обеспечивают выравнивание токов по отдельным транзисторам.

Создание блока питания

Очень важно правильно сделать трансформатор для блока питания. Он будет обеспечивать подачу стабильного напряжения. Трансформатор мотается на феррите шириной 7х7, 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.

Монтаж силового блока

Этот блок представляет собой трансформатор, что снижает U и увеличивает ток. Для его изготовления нужна пара сердечников Ш 20х208. Для изоляции их друг от друга модно использовать бумагу.

Намотка выполняется полоской из меди, ширина которой 40 миллиметров, а толщина – 0,25 миллиметров. Для прокладки витков можно использовать бумагу хорошего качества, а вторичную обмотку формируют, перекладывая фторопластовую полосу.

Монтировать понижающий трансформатор, используя толстый провод, не надо потому, что ток, имея высокую частоту, проходит по поверхности проводника и тот не нагревается внутри.

Нагрев деталей аппарата нужно уменьшать принудительным охлаждением. Для этой цели подойдет вентилятор из системного блока компьютера.

Современный рынок наполнен достаточно большим разнообразием сварочных аппаратов, но далеко не все целесообразно собирать своими руками.

В зависимости от рабочих параметров устройств различают такие виды устройств:

  • на переменном токе – выдающие переменное напряжение от силового трансформатора напрямую к сварочным электродам;
  • на постоянном токе – выдающие постоянное напряжение на выходе сварочного трансформатора;
  • трехфазные – подключаемые к трехфазной сети;
  • инверторные аппараты – выдающие импульсный ток в рабочую область.

Первый вариант сварочного агрегата наиболее простой, для второго понадобиться доработать классическое трансформаторное устройство выпрямительным блоком и сглаживающим фильтром. Трехфазные сварочные аппараты используются в промышленности, поэтому рассматривать изготовление таких устройств для бытовых нужд мы не будем. Инверторный или импульсный трансформатор довольно сложное устройство, поэтому чтобы собрать самодельный инвертор вы должны уметь читать схемы и иметь базовые навыки сборки электронных плат. Так как базой для создания сварочного оборудования является понижающий трансформатор, рассмотрим порядок изготовления от наиболее простого, к более сложному.

На переменном токе

По такому принципу работают классические сварочные аппараты: напряжение с первичной обмотки 220 В понижается до 50 – 60 В на вторичной и подается на сварочный электрод с заготовкой.

Перед тем, как приступить к изготовлению, подберите все необходимые элементы:

  • Магнитопровод – более выгодными считаются наборные сердечники с толщиной листа 0,35 – 0,5мм, так как они обеспечивают наименьшие потери в железе сварочного аппарата. Лучше использовать готовый сердечник из трансформаторной стали, так как плотность прилегания пластин играет основополагающую роль в работе магнитопровода.
  • Провод для намотки катушек – сечение проводов выбирается в зависимости от величины, протекающих в них токов.
  • Изоляционные материалы – основное требование, как к листовым диэлектрикам, так и к родному покрытию проводов – устойчивость к высоким температурам. Иначе изоляция сварочного полуавтомата или трансформатора расплавится и возникнет короткое замыкание, что приведет к поломке аппарата.
Читать еще:  Вентиляция в гараже своими руками: схема, фото и пояснения

Наиболее выгодным вариантом является сборка агрегата из заводского трансформатора, в котором вам подходит и магнитопровод, и первичная обмотка. Но, если подходящего устройства под рукой нет, придется изготовить его самостоятельно. С принципом изготовления, определения сечения и других параметров самодельного трансформатора вы можете ознакомиться в соответствующей статье: https://www.asutpp.ru/transformator-svoimi-rukami.html.

В данном примере мы рассмотрим вариант изготовления сварочного аппарата из блока питания микроволновки. Следует отметить, что трансформаторная сварка должна обладать достаточной мощностью, для наших целей подойдет сварочный аппарат хотя бы на 4 – 5кВт. А так как один трансформатор для микроволновки имеет только 1 – 1,2 кВт, для создания аппарата мы будем использовать два трансформатора.

Для этого вам понадобится выполнить такую последовательность действий:

  • Возьмите два трансформатора и проверьте целостность обмоток, питаемых от электрической сети 220В.
  • Распилите магнитопровод и снимите высоковольтную обмотку, Рис. 1: распилите сердечник

Рис. 2: уберите высоковольтную обмотку

оставив только низковольтную, в таком случае намотку первичной катушки уже делать не нужно, так как вы используете заводскую.

  • Удалите из цепи катушки на каждом трансформаторе токовые шунты, это позволит увеличить мощность каждой обмотки. Рис. 3: удалите токовые шунты
  • Для вторичной катушки возьмите медную шину сечением 10мм 2 и намотайте ее на заранее изготовленный каркас из любых подручных материалов. Главное, чтобы форма каркаса повторяла габариты сердечника. Рис. 4: намотайте вторичную обмотку на каркас
  • Сделайте диэлектрическую прокладку под первичную обмотку, подойдет любой негорючий материал. По длине ее должно хватать на обе половинки после соединения магнитопровода. Рис. 5: сделайте диэлектрическую прокладку
  • Поместите силовую катушку в магнитопровод. Для фиксации обеих половинок сердечника можно использовать клей или стянуть их между собой любым диэлектрическим материалом. Рис. 6: поместите катушку в магнитопровод
  • Подключите выводы первички к шнуру питания, а вторички к сварочным кабелям. Рис. 7: подключите шнур питания и кабели

Установите на кабель держатель и электрод диаметром 4 – 5мм. Диаметр электродов подбирается в зависимости от силы электрического тока во вторичной обмотке сварочного аппарата, в нашем примере она составляет 140 – 200А. При других параметрах работы, характеристики электродов меняются соответственно.

Во вторичной обмотке получилось 54 витка, для возможности регулировки величины напряжения на выходе аппарата сделайте два отвода от 40 и 47 витка. Это позволит осуществлять регулировку тока во вторичке посредством уменьшения или увеличения количества витков. Ту же функцию может выполнять резистор, но исключительно в меньшую сторону от номинала.

На постоянном токе

Такой аппарат отличается от предыдущего более стабильными характеристиками электрической дуги, так как она получается не напрямую с вторичной обмотки трансформатора, а от полупроводникового преобразователя со сглаживающим элементом.

Рис. 8: принципиальная схема выпрямления для сварочного трансформатора

Как видите, делать намотку трансформатора для этого не требуется, достаточно доработать схему существующего устройства. Благодаря чему он сможет выдавать более ровный шов, варить нержавейку и чугун. Для изготовления вам понадобится четыре мощных диода или тиристора, примерно на 200 А каждый, два конденсатора емкостью в 15000 мкФ и дроссель. Схема подключения сглаживающего устройства приведена на рисунке ниже:

Рис. 9: схема подключения сглаживающего устройства

Процесс доработки электрической схемы состоит из таких этапов:

  • Установите полупроводниковые элементы на радиаторы охлаждения. Рис. 10: установите диоды на радиаторы

В связи с перегревом трансформатора во время работы, диоды могут быстро выйти со строя, поэтому им нужен принудительный отвод тепла.

  • Соедините диоды в мост, как показано на рисунке выше, и подключите их к выводам трансформатора. Рис. 11: соедините диоды в мост

Для подключения лучше использовать луженные зажимы, так как они не потеряют изначальную проводимость от больших токов и постоянной вибрации.

Рис. 12: используйте луженные зажимы

Толщина провода выбирается в соответствии с рабочим током вторичной обмотки.

  • Подключите силовые конденсаторы и дроссель во вторичную цепь диодного моста. Рис. 13: подключите силовые конденсаторы
  • Подсоедините к выводам сглаживающего устройства сварочные шлейфа, установите держатели для электродов – сварочный аппарат постоянного тока готов.

При сварке металлов таким аппаратом всегда следует контролировать нагрев не только трансформатора, но и выпрямителя. А при достижении критической температуры делать паузу для остывания элементов, иначе сварочный агрегат, сделанный своими руками, быстро выйдет со строя.

Инверторный аппарат

Представляет собой довольно сложное устройство для начинающих радиолюбителей. Не менее сложным процессом является подборка необходимых элементов. Преимуществом такого сварочного аппарата являются значительно меньшие габариты и меньшая мощность, в сравнении с классическими устройствами, возможность реализовать точечную сварку и т.д.

Рис. 14: принципиальная схема импульсного блока

В работе такая схема преобразует переменное напряжение из сети в постоянное, затем, при помощи импульсного блока, выдает ток большой амплитуды в область сварки. Этим и достигается относительная экономия мощности аппарата по отношению к его производительности.

Конструктивно инверторная схема сварочного аппарата включает в себя такие элементы:

  • диодный выпрямитель с магазином емкостей, балластным резистором и системой плавного пуска;
  • система управления на основе драйвера и двух транзисторов;
  • силовая часть из управляющего транзистора и выходного трансформатора;
  • выходная часть из диодов и дросселя;
  • система охлаждения из кулера;
  • система обратной связи по току для контроля параметра на выходе сварочного аппарата.
Читать еще:  Средство для выгребных ям и туалетов: виды, особенности применения, популярные препараты и отзывы

Для изготовления сварочного инвертора вам понадобится самостоятельно намотать силовой трансформатор, трансформатор тока на базе ферритового кольца. Для моста лучше использовать готовую сборку из быстродействующих полупроводниковых элементов.

К сожалению, большинство других элементов вряд ли найдутся под рукой в гараже или у вас дома, поэтому их придется заказывать или приобретать в специализированных магазинах. Из-за чего сборка инверторного блока своими руками обойдется не дешевле заводского варианта, а с учетом затраченного времени, еще и дороже. Поэтому для инверторной сварки лучше приобрести готовый аппарат с заданными рабочими параметрами.

Обслуживание

При обслуживании инвертора необходимо периодически чистить внутренние элементы от грязи и пыли с помощью пылесоса или сухой ветоши, особенно если аппарату пришлось продолжительный период простоять без использования.

Необходимо постоянно следить за работоспособностью термодатчика. В случае поломки этот элемент ремонту не подлежит, а требует замены.

Периодически необходимо следить за качеством соединений и при необходимости исправлять. Определить неисправности можно как визуально, так и при помощи тестера.

[stextbox Евстигнеев, сварщик, стаж работы 20 лет:«С помощью собранного самостоятельно инвертора возможно не только проведение нехитрых работ, существенную роль играет и экономия на покупке «заводского» аппарата. Вы сможете работать с электродами 3-5 мм на дуге до 10 мм, чего вполне хватает для гаража или дома».[/stextbox]

  • Простой сварочный инвертор, сделанный своими руками, оказывается не столь надежным в работе, даже в сравнение с бюджетными видами техники;
  • На создание аппарата придется потратить значительное количество времени, что не всегда экономически выгодно;
  • Здесь отсутствуют дополнительные функции, которые помогут улучшить качество создаваемого шва;
  • Техника обладает узким диапазоном регулировки сварочного тока и прочих параметров;
  • Как правило, в них присутствуют проблемы с системой охлаждения;
  • Корпус создается не столь безопасно, как в заводских моделях, так что использование подобных устройств может оказаться опасным для жизни.

Устройство и схема простого инвертора

Схема простого сварочного инвертора помогает определиться, что именно должно входить в состав устройства. Естественно, что это является не единственным вариантом и возможны замены. Некоторые предпочитают создавать более сложные варианты, основываясь на схемах готовых заводских моделей, таких как сварочный инвертор Сварог Pro Arc 180 или Ресанта 250, внося свои изменения. Здесь представлена наиболее простая для самостоятельного воплощения схема.

Схема простого инвертора

Методика расчета

Перед тем как начать делать самый простой инвертор сварочный, нужно рассчитать его мощность. Это делается путем умножения силы тока , которой должно обладать устройство, на напряжение, при котором будет гореть дуга. К примеру, для тока в 160 А, который будет возможен на напряжении дуги в 24 В, мощность должна быть 3840 Вт.

Даже простой сварочный инвертор на одном транзисторе может иметь коэффициент полезного действия в 85%. Таким образом, мощность перекачиваемая транзисторами должна составлять 4517 Вт

Исходя из этой величины, можно определить силу тока, коммутируемую транзисторами во время работы. Чтобы это осуществить, следует найти разделить мощность на напряжение в сети. 4517/220 = 20 А.

Чтобы при 20 А можно было поддерживать напряжение в 220 В, в схеме должен присутствовать фильтр емкостью 100 мкФ. Если через транзисторы проходит большой ток, то он начинает нагревать их. Как правило, скорость отвода тепла при помощи радиаторов является недостаточной, а перегревание приведет к разрушению техники. Чтобы избежать подобных неприятностей, транзисторы стоит подбирать с запасом, чтобы их рабочий ток при 1000 градусов Цельсия составлял, как минимум, 20 А.

Простой в повторении и изготовлении сварочный аппарат должен иметь напряжение на транзисторах не более, чем напряжение в источнике питания. Очень важным параметром является частота транзисторов. Для представленных выше параметров подходят изделия с частотой в 100 кГц. Напряжение на них должно быть 500 В. Это могут быть как обыкновенные полевые, так и IGBT транзисторы. Единственной проблемой при их установке является отсутствие специального крепежа.

Чтобы транзистор нормально работал, между его открытием и закрытием должна выдерживаться пауза. Время паузы должно быть около 1,2 мс. Исключением можно считать только транзисторы Mosfet, пауза в которых допускается в 0,5 мс.

Необходимые инструменты и материалы

Для того, чтобы создать простой сварочный инвертор на одном транзисторе, следует иметь следующий набор инструментов:

  • Набор отверток;
  • Вольтметр;
  • Мультиметр;
  • Паяльник;
  • Осциллограф.

Это основные инструменты, при помощи которых происходит сборка, контроль и измерения. Помимо этого следует иметь еще материалы, которые нужны будут для создания самого аппарата. Для этого понадобятся:

  • Резисторы с различным уровнем сопротивления;
  • Катушка индуктивности;
  • Конденсаторы;
  • Оптопара;
  • Стабилитрон;
  • Выпрямительные диоды;
  • Диоды Шоттке;
  • Трансформатор с двумя обмотками;
  • Реле;
  • Подстроечные резисторы;
  • Диодный мост;
  • Защитные диод;
  • Линейный регулятор;
  • Вентилятор системы охлаждения;
  • Преобразователь переменного тока в постоянный.

Технология изготовления и рекомендации по настройке

Следует подать ток на схему, чтобы проверить, как срабатывает реле замыкания резистора. Далее идет проверка платы ШИМ, есть ли в ней прямоугольные импульсы, которые могут появляться после того, как сработает реле. Если импульсы имеются, то их ширина, в соотношении с нулевой паузой должна составлять 44%.

Нужно убедиться, что напряжение на транзисторах не превышает допустимое, иначе все это может привести к поломке. Затем питание подается на диодный мост, чтобы проверить правильность его изготовления и работоспособности.

Читать еще:  Как сделать душ на дачу: инструкция для домашнего мастера

Проверка напряжения на транзисторе

Во время настройке нужно убедиться в правильности намотки трансформатора, а также в его корректном подключении и возможности управлять им. Это один из основных элементов, задающих регулировку параметров, но в то же время самый сложный по исполнению за счет наличия обмотки.

Намотанный вручную трансформатор в 100 витков

Техника безопасности

Все процедуры должны производиться только при отключенном электропитании. Каждую деталь желательно измерить заранее, чтобы во время включения она не сломалась из-за перенапряжения. Во время работы следует соблюдать основные правила электробезопасности.

Перечень необходимых материалов и инструментов

  • 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.

Инвертор (импульсный блок питания для сварки)

Самодельный инверторный сварочный аппарат нельзя изготовить просто «на коленке». Для этого потребуется современная элементная база и опыт работы с ремонтом и созданием электронных устройств. Однако, не так страшна схема, как ее малюют. Подобных устройств сделано великое множество, и все они работают не хуже фабричных аналогов. К тому же, чтобы создать импульсный сварочный аппарат своими руками, не обязательно приобретать десятки дорогостоящих радиодеталей и готовых узлов. Большинство из них, особенно высокочастотные элементы для блока питания, можно позаимствовать у старых телевизоров или БП от компьютера. Стоимость близкая к нулю.

Рассматриваемый инвертор имеет следующие характеристики:

  • Ток нагрузки на электродах: до 100 А.
  • Потребляемая мощность от сети 220 вольт — не более 3.5 кВт (ток порядка 15 А).
  • Используемые электроды до 2.5 мм.

На иллюстрации изображена готовая схема, которая неоднократно опробована многими домашними мастерами.

Конструктивно инвертор состоит из трех элементов:

  1. Блок питания для схемы преобразователя и управления. Выполнен на доступной элементной базе, с применением оптрона от старого блока питания компьютера. При самостоятельном изготовлении трансформатора стоимость практически нулевая: детали копеечные. Номиналы и названия радиоэлементов на иллюстрации.
  2. Блок задержки заряда конденсаторов (для стартовой дуги). Выполнен на базе транзисторов КТ972 (абсолютно не дефицит). Разумеется, транзисторы устанавливаются на радиаторы. Для коммутации достаточно обыкновенного автомобильного реле с токовой нагрузкой на контактах до 40 А. Для ручного управления установлены обычные защитные автоматы (пакетники) на 25 А. Выходные 300 вольт — холостой ход. При нагрузке напряжение 50 вольт.
  3. Трансформатор тока — самый ответственный узел. При сборке особое внимание следует обратить на точность катушек индуктивности. Некоторую подстройку можно выполнить с помощью переменного резистора (на схеме выделен красным цветом). Однако если параметры не буду согласованными, требуемой мощности дуги достичь не удастся.ШИМ реализуется на микросхеме US3845 (одна из немногих деталей, которую придется покупать). Силовые транзисторы — все те же КТ972 (973). Некоторые элементы на схеме импортные, однако их легко можно заменить на доступные отечественные, поискав аналоги на сайте datasheet.Высокочастотный блок выполнен из частей строчного трансформатора от телевизора.

На выход сварочного инвертора подключаются рабочие провода длиной не более 2 метров. Сечение не менее 10 квадратов. При работе с электродами до 2.5 мм, падение тока минимальное, шов получается гладкий и ровный. Дуга непрерывная, не хуже заводского аналога.

При наличии активного охлаждения (вентиляторы от того-же компьютерного блока питания), конструкцию можно компактно упаковать в небольшой корпус. Учитывая высокочастотные преобразователи, лучше использовать металл.

Комплектация

Сборка аппарата, в большинстве ситуаций, совершается для осуществления мелких сварочных работ, требуемых в бытовых условиях.

В комплектацию представленного аппарата включены следующие компоненты:

Особенности функционирования

Для начала необходимо разобраться, как функционирует инвертор. По сути, он является компьютерным блоком питания. В нем можно наблюдать преобразование электроэнергии в такой последовательности:

  • Входное переменное напряжение трансформируется в постоянное.
  • Потребляемый ток частотой 50 Гц преобразовывается в высокочастотный.
  • Снижается выходное напряжение.
  • Выходной ток выпрямляется, требуемая частота сохраняется.

Подобные преобразования необходимы для снижения массы оборудования и его габаритов.

Трансформаторные сварочные аппараты обладают чувствительным весом и размерами. За счет значительной силы тока в них можно осуществлять дуговое сваривание. Для повышения силы тока и понижения напряжения вторичная обмотка предполагает наличие меньшего количества витков, а сечение провода увеличивается. В итоге трансформаторный сварочник тяжел и габаритен.

Инверторный же принцип позволяет снизить эти показатели в разы. Схема подобного аппарата предполагает повышение частоты до 60-80 кГц, что способствует снижению его габаритов и веса. Чтобы реализовать подобное преобразование применяются силовые полевые транзисторы. Они сообщаются меж собой именно с этой частотой. Питает их постоянный ток, поступающий от выпрямляющего устройства, в качестве которого применяется диодный мост. Значение напряжения выравнивают конденсаторы.

После транзисторов ток передается к понижающему трансформатору. Он представляет собой небольшую катушку. Малые размеры трансформаторной катушки инвертора обеспечены частотой, многократно увеличенной полевыми транзисторами. В итоге получаются аналогичные с трансформаторным аппаратом характеристики, но со меньшим весом и размером.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector