Зварювальний інвертор своїми руками: схеми і порядок складання

Інверторні зварювальні апарати отримали широке застосування в будівельній сфері завдяки їх високої продуктивності і невеликій вазі. Однак не кожен може дозволити собі такий інструмент. Єдиний вихід – зробити зварювальний інвертор своїми руками. В інтернеті існує безліч схем таких пристроїв. Багато з них відрізняються складністю і високими витратами, але є і бюджетні моделі.

Загальні відомості про зварювальному инвертор

Традиційні зварювальні апарати мають досить низьку ціну, легку ремонтоспособность, проте дуже суттєвий недолік не тільки їх вага, але і залежність від напруги. Введення електронного лічильника обмежений потужністю від 4 до 5 кВт. Для зварювання товстого металу апарат споживає значну потужність і часто виконання робіт стає неможливим. На зміну їм прийшли інверторні зварювальні апарати.

Призначення і особливості функціонування

Застосовується для проведення зварювальних робіт в домашніх умовах, а також на підприємствах, пробеспечівает стабільне горіння і підтримку зварювальної дуги, використовуючи струм високої частоти (відмінною від 50 Гц).

Зварювальний інвертор є звичайним імпульсним блоком живлення, робота якого заснована на наступних принципах:

1. Вхідна напруга (мережеве живлення зварювального інверторного апарата 220 В змінного струму) перетворюється в постійне.
2. Постійний струм перетворюється в високочастотний змінний.
3. Відбувається процес перетворення напруги шляхом його зниження.
4. Випрямлення струму і перетворення для зварювальних робіт зі збереженням частоти.

Завдяки цим моментам відбувається зниження маси і габаритів апарату. Для того щоб зібрати інверторну зварювання своїми руками необхідно знати принцип роботи цього апарату.

Принцип роботи обладнання

У попередніх моделях основним елементом був величезний потужний силовий трансформатор, що дозволяє отримувати у вторинній обмотці потужні струми, необхідні для зварювальних робіт. Для отримання такої сили струму необхідно використовувати провід великим діаметром, що позначається на вазі зварювального апарату.

З винаходом імпульсного блоку живлення вирішити проблему з масою і розмірами виявилося простіше, адже розміри і вага самого трансформатора знижуються в кілька десятків або сотень разів. Наприклад, при збільшенні частоти в 6 разів можна знизити габарити трансформатора в 3 рази. Це призводить до значної економії матеріалу.

Завдяки потужним ключовим транзисторів, що застосовуються в инверторной схемою, відбувається перемикання з частотою від 50 до 80 кГц. Ці транзистори працюють тільки від постійної напруги.

Як відомо з курсу фізики, для отримання постійної напруги застосовується найпростіший напівпровідниковий прилад – діод. Діод пропускає струм в одному напрямку, відсікаючи негативні значення синусоїдальної напруги. Але застосування одного діода призводить до великих втрат, тому застосовується група, що складається з потужних діодів, яка називається доданими мостом.

На виході діодного моста виходить постійне пульсує напруга. Для отримання нормального постійної напруги застосовується конденсаторний фільтр. Після цих перетворень на виході фільтра з'являється напруга постійного струму понад 220 В.

Блок, що складається з випрямного моста і фільтруючих елементів, називається блоком живлення (БП).

БП служить джерелом харчування инверторной схеми. Транзистори підключені до понижувального трансформатора, який є імпульсним і працює на частотах в діапазон від 50 до 90кГц. Потужність такого трансформатора приблизно така ж, як і у його величезного побратима – зварювального силового трансформатора.

Модернізація такого приладу стає легшою, тому що завдяки його розмірам і масі, з'являється додаткові можливості по збільшенню стабільності роботи зварювального апарату.

Існує величезна кількість виготовлення саморобних зварювальних інверторів, схеми яких різноманітні за функціональністю і способам монтажу. Розберемо кожну з саморобних моделей детально.

Виготовлення резонансного інвертора

За основу необхідно використовувати блок живлення комп'ютера форм-фактора AT, від якого потрібно кулер і радіатори. Деталі беруться з елементарної бази моніторів і телевізорів, в іншому випадку, якщо їх немає, то купуються на ринку. Всі компоненти мають низьку вартість.

Рекомендації з виготовлення:

1. Для спрощення схеми ШІМ повністю виключити, так як потрібно стабілізовану напругу, що отримується задає генератором.
2. Використовувати стабілітрони KC213 для запобігання виходу з ладу транзисторів.
3. Для зниження наведень і перешкод необхідно монтувати поруч з трансформатором силові транзистори високочастотного типу.
4. Доріжки для силового моста і силового блоку на платі з товстого текстоліту (не менше 4 мм) необхідно зробити ширше (протікають струми до 30 А) і залудити тугоплавким припоєм (не менше 2 мм).
5. ДоАбель харчування використовувати не менше 3 квадратів.
6. Використовувати подвійну ізоляцію (вогнетривкі слюдяні або скловолоконні кембрики) для високовольтних ланцюгів.
7. Дросель повинен бути без металевого кожуха.
8. Хороша постійна вентиляція.
9. Силові діоди (вихідні) необхідно захистити від пробою за допомогою RC-ланцюжка.

Після чого необхідно визначитися з параметрами инверторной зварювання своїми руками. А також можливо використовувати і такі характеристики:

1. Вихідний струм навантаження: від 5 до 120 А.
2. Напруга (при холостому ході): 90 В.
3. Тривалість навантаження може змінюватися. Все залежить від діаметра електрода: 2 мм = 100%, 3 мм = 80%. Необхідно врахувати вплив високої температури.
4. Вхідна сила струму: близько 10А.
5. Приблизна маса: близько 3 кг.
6. Повинен бути присутнім регулятор сили струму при зварюванні.
7. Тип вольт-амперної характеристики, що забезпечує роботу в напівавтоматичному режимі: падаюча.

схема обладнання

Основна частина – задає генератор зібраний на мікросхемі SG3524, яка застосовується у всіх джерелах безперебійного живлення. Інвертор має низьку споживаної потужністю близько 2,5 кВт, завдяки чому, можливо застосування в квартирі.

Трансформатор необхідно зібрати на сердечниках типу Е42, який застосовується в старих лампових моніторах. Для виготовлення необхідно приблизно 5 штук таких трансформаторів.

Ще один трансформатор слід використовувати для дроселя. Інші елементи індуктивності збираються з сердечника типу 2000НМ. Діоди і транзистори необхідно встановити на радіатори з термопастою КТП-8 або іншого типу. Напруга холостого ходу приблизно дорівнює 36 В з довгою дуги від 4 до 5 мм, що дозволяє працювати з ним початківцям будівельникам. Вихідні кабелі слід укласти в ферритові трубки або кільця з фериту блоку живлення.

Конструктивною особливістю схеми є виникнення максимального струму в I обмотці під час резонансу.

Схема 1 – Схема зварювального резонансного інвертора

Завдяки малій вазі і габаритам з'являється можливість модернізувати апарат.

Запобігання залипання електрода

Для цього випадку застосовується транзистор IRF510, є польовим. Крім того, він забезпечує ще плавний пуск і переривання входу на мікросхемі SG3524:

1. При високій температурі спрацьовує термодатчик.
2. Відключення за допомогою тумблера.
3. Блокування при КЗ (короткого замикання).

Простий зварювальний прилад

Ця модель розрахована на напругу 220 В і струм величиною в 32А, після перетворення його величина досягне 280А. Такого значення цілком достатньо для міцного шва на відстані до 1,5 сантиметра.

Схема і комплектуючі

Основним елементом є трансформатор, який досить важко зробити, але цілком реально.

1. Складається з феритового сердечника (7 × 7 або 8 × 8).
2. Первинна обмотка становить приблизно 100 витків і її діаметр 0,3 мм.
3. Вторинні обмотки – 3 штуки: 15 витків і діаметр проводу 1 мм; 15 витків – 0,2 мм; 20 витків – 0,35 мм.
4. Матеріали для трансформатора: мідні дроти відповідного діаметру, склотканина, текстоліт, електротехнічна сталь (для залізняку), бавовняний матеріал.

Для чіткого розуміння принципу роботи необхідно уважно вивчити схему основних вузлів.

Рисунок 1 – Структурна схема инверторного зварювального апарату

Пояснення до схеми:

1. Мережевий випрямляч, що виконує перетворення змінної напруги в постійне.
2. Мережевий фільтр згладжує пульсації.
3. Перетворювач частоти виконується на транзисторах.
4. Високочастотний зварювальний трансформатор бере участь в перетворенні напруги.
5. Силовий випрямляч здійснює випрямлення струму в постійний заданої частоти.
6. Управління перетворювачем частоти виконано у вигляді регулятора для виставлення режиму роботи.

Блок живлення і силова частина

Блок, що складається з трансформатора, випрямляча і фільтра (або системи фільтрів) виконується окремо від силової частини.

Схема 2 – Принципова схема БП

Провідники (довжиною не більше 15 см) для управління затворкі транзисторів необхідно припаювати ближче до останніх, причому провідники з'єднуються попарно між собою, перетин їх не грає ролі.

Основою силового блоку є понижуючий трансформатор з сердечником Ш20 × 208 2000 нм, причому II обмотка намотується в кілька шарів дроти, ізоляція якого не пошкоджена. На вторинку необхідно мотати наступним чином, ізолюючи шари: 3 шари, а потім прокладка-фторопласт, потім знову 3 шари і знову прокладка-фторопласт. Це робиться для збільшення опірності перевантажень. Після чого на II обмотку поставити конденсатор не менше 1000 В.

Для забезпечення циркуляції повітря між шарами обмоток необхідно зібрати на ферритовом осерді трансформатор струму, підключений до плюса, і його сердечник слід обмотати термобумагу (касова стрічка). Випрямні діоди прикріпити на радіатор.

Схема 3 – Силова частина інвертора

Інверторний блок і охолодження

Основним призначенням инверторного блоку є процес перетворення постійного на змінний високочастотний струм. Застосовуються для цього потужні транзистори, хоча в деяких випадках можлива заміна більш потужного на 2 або більше транзисторів середньої потужності.

Важливим елементом всього пристрою є досить гарне охолодження. Для цього слід використовувати кулера з комп'ютерної техніки, але не слід обмежуватися одним, адже необхідно забезпечити достатнє охолодження для силової схеми, радіатори якій служать для відводу тепла, але це тепло необхідно розсіювати. Для повного захисту необхідно вмонтувати термодатчик (встановлюється на нагрівальному елементі), завдяки якому буде розмикатися харчування від мережі.

Пайка, настройка і перевірка працездатності

Ключовим фактором є пайка, адже при правильному розміщенні деталей залежить розмір всього вироби і можливість оптимального охолодження. Діоди і транзистори встановлюють на зустрічному напрямку один до одного. Вхідна ланцюг розраховується з запасом, приблизно на 300 В.

Для настройки функціонування необхідно підключити широтно-імпульсний модулятор до 15 В для живлення кулера. Реле включається разом з резистором R11 і має видавати 150мА.

Після проведених маніпуляцій необхідно приступити безпосередньо до перевірки працездатності пристрою:

1. Живити прилад від мережі.
2. Задати високі показники струму.
3. Звірити свідчення за осцилограф: в нижній петлі напруга близько 500 В, але не більше 550. При правильній збірці значення цього напруга буде не менше 350 В.
4. Від'єднати осцилограф і відключити інвертор.Підготувати електроди.
5. Починати виконувати зварювальні роботи і стежити за трансформатором, якщо він закипає, то ще раз перебрати схему.
6. Після 3-4 швів радіатори нагріваються. Для охолодження необхідно дати охолонути приладу, не вимикаючи його з мережі (охолодження виконає свою функцію).

Якщо ця схема здалася дуже складною, то розглянемо схему зовсім простого пристрою.

Найпростіше инверторное пристрій для зварювання

Модель цього агрегату є дуже простий і бюджетної. Зібрати її нескладно завдяки простий принциповій схемі.

Процес всієї збірки можна розділити на етапи, крім того, необхідно зібрати всі деталі, матеріали:

1. Намотування трансформатора включає в себе: намотування мідної жерсті 4 см і діаметром 0,3 мм, прокладки з паперу для касового апарату або лакоткань, використовуючи при повторній обмотці 3-и смужки, причому потрібно і ізолювати їх. Замість мідної жерсті можна застосувати провід, що складається з декількох жив діаметром до 0,7 мм (I – 100 витків, II – 15, II – 15 II – 20).
2. Монтується кулер.
3. Основа апарату для зварювання приєднується до трансформатора, що складається з діодів, транзисторів.
4. Конденсатори необхідні для ліквідації резонансних викидів.
5. Необхідно використовувати снаббери для розсіювання потужності (свв-81 і К78-2).
6. Встановити всі елементи на гетінаксовую плату, виходячи з конфігураційних розмірів.
7. Вивести світлодіоди і змінний резистор (ручку) на панель настройки і індикації.
8. Помістити все це в корпус.

Схема 4 – Схема найпростішого зварювального інвертора своїми руками

Після складання апарат необхідно налаштувати і зробити діагностику при першому запуску для виявлення похибок роботи.

1. Підключення 15 В до ШІМ.
2. Підключити реле після зарядки конденсаторів для замикання резистора. При використанні безпосередньо існує ймовірність вибуху!
3. При холостому ході сила струму моста повинна бути менше 100мА.
4. Перевірка коректності установки фаз трансформатора, використавши осцилограф в 2-а променя. Виставити частоту ШІМ 55кГц і в цьому випадку напруга не повинна перевищувати 330 В.
5. Для визначення частоти самого апарату варто знизити частоту ШІМ поступово до тих пір, поки на IGBT чи не з'явиться заворот, зафіксувавши цей показник (розділити на 2 і додати частоту насичення). Це і є робоче коливання частот трансформатора.
6. Споживання моста 150мА.
7. Трансформатор не повинен сильно шуміти, якщо шумові ефекти є, то звернути увагу на полярність.
8. Підвищувати плавно ток інвертора переменним резистором. При цьому показання осцилографа не перевищують 550 В. Оптимальним є 340 В.
9. Почати зварювання з 5 секунд і поступово збільшити час. Варити не більше 3 хвилин, даючи охолонути апарату.

Таким чином, зібрати інвертор для зварювання можна і своїми руками. Необов'язково використовувати складні схеми, адже радіоаматори знайшли оптимальне рішення в бюджетному варіанті. А рівень складності схем варіюється від досить складних до простих. Для складання зварювального інвертора своїми руками необов'язково купувати дорогі деталі, а можна використовувати підручні засоби.