Как сделать инверторный сварочный аппарат своими руками

В сварочных работах применяют специально приспособленные для определенных целей устройства. Схемы отдельных аппаратов разительно отличаются по строению. Среди самых практичных и широко распространенных, можно выделить инверторную схему. Аппарат, собранный по данной схеме, плавно и точно настраивается, компактен, для мастеров, которые работают на выезде, он просто незаменим.

Схема устройства сварочного инвертора.

Схема инверторного аппарата одна из самых простых, все необходимые элементы плат и транзисторы без труда можно найти в магазинах радиодеталей, а схемы сборки – у мастеров. Задача собрать такой сварочный аппарат своими руками вполне по силам людям, умеющим работать с паяльником.

Принцип работы инверторного сварочного аппарата

Сам по себе данный прибор является подобием мощного блока питания, аналогичного импульсным блокам типа АТ и АТХ, которые устанавливают в персональных компьютерах. Порядок изменений исходных параметров электрического тока в этих двух устройствах идентичен. В инверторе электрическая энергия проходит через ряд преобразований:

1. Переменное напряжение бытовой сети преобразуется в постоянное.
2. Постоянный ток преобразуется в переменный с высокой частотой.
3. Значение напряжения понижается.
4. Ток со сниженным вольтажом выпрямляется с сохранением заданной частоты.

Все перечисленные преобразования объясняются необходимостью уменьшить вес и габариты силовых трансформаторов сварочных аппаратов.

Схема работы сварочного инвертора.

Принцип работы старых аппаратов сводился к снижению напряжения от питающей сети и росту значения силы тока на вторичной обмотке до нескольких десятков, а то и сотни ампер – значения необходимого для дуговой сварки. Чтобы обеспечить нужное соотношение по снижению вольтажа и росту величины силы тока, у вторичной обмотки задавалось меньшее число витков и большее сечение провода. Потому старые сварочные трансформаторы были с большими габаритами и массой. Производство трансформаторной обмотки требовало крупных затрат медного провода, из-за чего стоили сварочные аппараты совсем не дешево.

Поправить положение позволили инверторные схемы. Посредством увеличения частоты тока на рабочей обмотке до 60-80 кГц и выше получилось уменьшить размеры и вес всей конструкции. За счет 4-кратного увеличения рабочей частоты преобразования габариты аппарата уменьшились вдвое. А в нашем случае речь идет о тысячекратном увеличении частоты.

Столь высокие значения частоты переменного тока достигаются установленными в инверторной схеме транзисторами переключения, которые сообщаются между собой с частотой 60-80 кГц. Ток к транзисторам приходит постоянный, от выпрямителя. Переменное напряжение выпрямляется мостовой схемой из диодов и выравнивается конденсаторами. На выход из выпрямителя и конденсатора поступает постоянное напряжение 220 В. Такова первая ступень схемы.

Высокочастотные транзисторы инверторной цепи передают переменный высокочастотный ток на понижающий трансформатор. Так как рабочая частота уже в 1000 раз ниже частоты питающей сети, трансформатор представляет собой очень компактную катушку.

Компоненты схемы сварочного аппарата

Электрическая схема сварочного инвертора.

Инверторная схема рассчитана на значение тока питающей сети до 32 А и напряжение 220-230 В. Значение тока на выходе из преобразователя достигает 250 А. Такая величина гарантирует создание прочного шва при сварке электродом на расстоянии до 1 см. Блок питания инверторного аппарата включает такие компоненты:

1. Трансформатор с основанием из ферритного сердечника 7х7 или 8х8.
2. Первичная обмотка, насчитывающая 100 колец из провода диаметром 0,3 мм.
3. Внутренний заход вторичной обмотки на 15 оборотов проводом толщиной 1 мм.
4. Средний заход вторичной обмоткой на то же количество витков проводом меньшей толщины (0,2 мм).
5. Наружный заход вторичной обмотки на 20 оборотов провода с толщиной 0,35 мм.

Сборка трансформатора

Схема обмотки трансформатора.

Перед тем как навивать провода на сердечник трансформатора, его оборачивают медью. Ширина полос составляет 40 мм, высота ленты – 0,3 мм. Вместе с медной лентой сердечник обматывается термобумагой. Для этой цели хороша кассовая лента и любая другая тонкая и прочная бумага, которой удобно будет обтянуть сердечник. Провод круглого сечения на первичную обмотку не годится, потому что он легко перегревается. Из-за этого токи перенаправляются на внешнюю сторону обмотки, а внутренние слои остаются ненагруженными.

Вторичная обмотка укладывается в 3 слоя проводов, между которыми вставляют прокладки из фторопласта. Для этих целей не подходят стандартные провода с диаметром 0,5-0,7 мм. Из-за круглого сечения в обмотке они плохо прилегают друг к другу, оставляя зазоры, тем самым ухудшают теплообмен.

Накручивая обмотку, обращайте внимание, чтобы провод завивался без промежутков вокруг сердечника. Только так напряжение будет стабильным. Типичная схема инверторного прибора подразумевает наличие двух трансформаторов с частотой 41 кГц, но подойдут и на 55 кГц. Затем устанавливаются изолирующая прокладка и дроссель с маркировкой L2. Сбоку платы дополнительно ставят вентилятор для обдува, его электрические характеристики 0,13 А и 220 В.

Пайка инверторной платы

На составление схемы сварочного аппарата инверторного типа идут кулеры и радиаторы, которые встречаются в компьютерных блоках питания. Их можно извлечь из старой техники или обратиться в магазин радиодеталей за новыми.

Радиаторы ставятся вверху и внизу концов косого моста.

Диоды крепятся к радиаторам на предварительно заготовленную прослойку из слюды.

Для сборки инвертора потребуется кулер.

Когда для распределения потоков применяется мост IRG4PC50W, следует использовать термопасту вместо слюды.

Направление выводов транзисторов и диодов выставляется навстречу друг другу. В промежутке между радиаторами монтируется плата, которая соединит все участки цепи питания сварочного прибора с промежуточными элементами моста. Имейте в виду, что расчетное напряжение цепи питания 300 В. Мощности, сбрасываемые трансформатором, должны уходить в цепь, для чего на плату припаивают конденсаторы на 0,15 мкФ. Установка после трансформатора снабберов и конденсаторов гасит нежелательные перенапряжения от бросков на выходе из вторичной обмотки.

Настройка и отладка работы инвертора

Схема внутреннего устройства инвертора.

Завершив сборку, надо непременно настроить работу инверторного модуля. Подключите к ШИМ напряжение в 15 В и запитайте вентилятор. Затем через резистор R11 осуществите подключение реле К1. Все это делается для того, чтобы предотвратить скачки при подсоединении к сети 220 В. Проконтролируйте своевременное включение реле и через 10 секунд подайте рабочее питание на ШИМ. После срабатывания реле прямоугольных участков в диаграмме ШИМ не должно наблюдаться.

Затем мост подключается к источнику напряжения в 15 В. При работе вхолостую инвертор потребляет ток в пределах 100 мА. Если замер показывает допустимую величину, то схема собрана правильно. Дополнительно необходимо убедиться, что фазировка обмоток не перепутана.

На ШИМ снижается установка частоты до тех, пока на нижней части графика не вырисовывается загиб, что будет означать перенасыщение узла. Данное значение частоты делим на 2 и прибавляем к рабочей частоте платы ШИМ и непосредственно трансформатора. Схема соединена правильно в том случае, если при настройке реле выдает сигнал при 150 мА. Если световой сигнал нечеткий и слабый, то плата соединена неправильно или одна из обмоток пробивает. Убрать ненужные помехи получится, если укоротить все провода электропитания.

Проверка работоспособности устройства

После сборки сварочного инвертора необходимо проверить его на работоспособность.

Итак, инверторный сварочный аппарат собран и готов к использованию, теперь остается удостовериться, что он работоспособен. Включите аппарат в электросеть, плавно задавайте большую силу тока и сверяйтесь с показаниями осциллографа по напряжению. Напряжение в нижней петле осциллограммы приемлемо в пределах 500 В, в условиях выброса допускается превышение до 550 В. В корректно скомпилированной схеме указанная цифра не превысит 350 В.

Когда проверяете работоспособность прибора, убедитесь, что гул от шины не нарастает при увеличении нагрузки. Чтобы подать максимальный ток, фоновый шум должен оставаться неизменным.

Затем приступаем к самой сварке. После запуска надо выждать 10 секунд и проверить температуру охладителей. На протяжении первых 20 секунд они должны оставаться холодными, в течение следующей минуты – чуть теплыми.

После этого берем 2 электрода для нужного вида сварки и на пробном материале раскраиваем шов, пока они полностью не выгорят. Закончив, контролируем температуру трансформатора: он к этому времени успеет разогреться, но не раскалиться добела. Чрезмерный нагрев будет указывать на недочеты схемы сборки.

Радиаторы успевают серьезно нагреться после непрерывной работы на 3 электродах. Поэтому понадобится дать им остыть 2 минуты. Этого достаточно, чтобы кулер понизил температуру до нормального уровня и можно было продолжить работу без потери качества.

Процесс сборки сварочного аппарата своими руками, весьма кропотливый, проявите как можно больше сосредоточенности и внимания к нему. Тщательно изучите выбранную вами схему, разберитесь с последовательностью соединения деталей в ней, сосчитайте точное число составных частей и проводов. По окончании сборки изобретение обязательно проверяется на исправность и безопасность. Организуйте сварочные работы со всеми необходимыми условиями для безопасного труда: на руках носите плотные перчатки, лицо закрывайте сварочным щитком.