Зварювальний інвертор своїми руками: основні вимоги

Зварювання металів в газовому середовищі проводиться за допомогою електричної дуги, яка формується і підтримується за допомогою спеціальних зварювальних апаратів. В якості таких апаратів можна використовувати інвертор. У побутових умовах можна виготовити зварювальний інвертор своїми руками.

Схема пристрою зварювального інвертора.

Сконструювати і самостійно зібрати зварювальний інвертор досить просто. Для цього потрібно мати невеликі знання електротехніки та радіосправи. Пропонується багато різних конструкцій апарату, але принципово вони мало відрізняються один від одного і в основі своїй мають стандартні схеми, з використанням стандартних радіодеталей і електротехнічних виробів.

Основні відомості про зварювальних інверторах

У загальному випадку, зварювальний інвертор використовується як один з основних видів джерела електроживлення зварювальної дуги, головним завданням якого є подача і стабільна підтримка електричного струму, необхідного для запалювання дуги і підтримки її горіння під час всього процесу зварювання. Важливою характеристикою зварювального інвертора повинна стати стабільність вихідного струму при коливаннях і перешкодах в мережі.

Функціональна схема джерела живлення інверторного зварювального апарату.

Зварювальний інвертор – це перш за все силовий трансформатор, що знижує напругу електромережі до потрібного значення напруги холостого ходу. В основу конструювання інверторів закладено властивість високочастотних трансформаторів, які мають масу і розміри, набагато менші в порівнянні зі звичайними трансформаторами. Всі зварювальні інвертори засновані на одному головному принципі. Вхідна напруга 220 В змінного струму піддається первинному випрямляння, шляхом перетворення змінного струму в постійний, який надходить в інверторний блок.

Інверторний блок забезпечує трансформацію постійної напруги в високочастотне, яке подається на високочастотний випрямляч, що забезпечує вторинне перетворення змінного струму в постійний. На завершальній стадії використовується високочастотний зварювальний апарат, який досить мініатюрний в порівнянні зі звичайними апаратами для частоти 50 Гц тієї ж потужності. Застосування для зварювання постійного струму забезпечує стабільність дуги і плавне регулювання процесу.

Основні вимоги

Для забезпечення стійкості процесу зварювання інвертори повинні містити блоки управління, які діють за правилами зворотного зв’язку. Сигнал про будь-яких коливаннях і перешкодах надходить в силовий блок, коректуючи величину видаваного струму і напруги.

Таблиця необхідних технічних характеристик для зварювального інвертора.

Такі блоки, засновані на використанні мікропроцесорів, ведуть контроль у всіх основних блоках інвертора, забезпечуючи їх стабільність.

Можна рекомендувати деякі основні параметри, які слід забезпечити, збираючи зварювальний інвертор своїми руками. Напруга вхідний електромережі може коливатися в межах 200-230 В при величині вхідного струму до 32 А. Сила постійного струму, що подається на електрод, може бути встановлена ​​між 30-200 А. Потужність в зоні горіння дуги повинна бути не менше 3,5 кВа

Основна конструкція зварювального інвертора

Резонансна схема є основою типових конструкцій зварювальних інверторів. Простий зварювальний інвертор має такі основні конструктивні елементи: силовий блок, блок живлення, блок захисту, драйвера силових ключів (блок керування). Найважливішим елементом є силовий блок, що забезпечує первинне і вторинне випрямлення електричного сигналу і перетворення його в високочастотний сигнал (до 55 кГц). Блок живлення здійснює стабілізацію і трансформацію до потрібної величини напруги вхідного сигналу. Блок захисту виконує функцію захисту від перевантажень і коротких замикань. Драйвери силових ключів забезпечують управління основними елементами силового блоку, усуваючи вплив перешкод і побічних чинників.

Необхідний для виготовлення інвертора інструмент

Якщо поставлено завдання виготовити зварювальний інвертор своїми руками, то необхідно заздалегідь підготувати наступний інструмент та обладнання:

Інструменти для виготовлення зварювального інвентора.

  • зварювальний апарат;
  • болгарку;
  • дриль;
  • ключі гайкові;
  • викрутку;
  • плоскогубці;
  • паяльник потужністю не менше 100 Вт;
  • молоток;
  • лещата;
  • штангенциркуль;
  • ніж;
  • тестер;
  • осцилограф;
  • амперметр;
  • вольтметр;
  • рулетку.

Виготовлення блоку живлення

Блок живлення зварювального інвертора є стандартною схему обратноходового перетворювача (флайбека), схема якого широко використовується в джерелах живлення побутових приладів. Основним елементом блоку живлення є багатообмотувальних дросель (трансформатор). Принцип дії таких блоків заснований на двоетапної роботі: перший етап – накопичення енергії в первинній обмотці дроселя; другий етап – передача енергії у вторинну ланцюг, тобто безпосереднє постачання електроенергією робочих блоків. Управління процесом здійснюється за допомогою ключів – транзисторів.

Схема дроселя зварювального інвертора.

Трансформатор можна виготовити своїми руками. Для цього на сердечник, що представляє собою ферит Ш7х7 або Ш8х8, намотується одна первинна обмотка і три вторинні. Первинна обмотка виготовляється з дроту марки ПЕВ перетином 0,3 мм². Кількість витків – 100. Для вторинних обмоток також використовується провід марки ПЕВ наступних перетинів: перша обмотка – 1 мм², друга обмотка – 0,2 мм², третя – 0,3 мм ². Кількість витків становить 15, 15 і 20 відповідно. Іноді використовують четверту обмотку, яка аналогічна по конструкції третьої.

Силовий блок інвертора

Силовий блок зварювального інвертора складається з первинного випрямляча, високочастотного перетворювача, високочастотного трансформатора і вторинного випрямляча. Як випрямлячів використовуються діодні мости необхідної потужності. На первинний випрямляч подається електричний струм не більше 40 А, і потужність діодів не велика. Інша картина на вторинному випрямлячі, де сила струму може досягати 200 А. Тут дуже важливо забезпечити надійне охолодження діодів. Охолодження здійснюється за допомогою охолоджуючих радіаторів, що збільшують площу тепловіддачі

Електричний сигнал перетвориться в високочастотний у резонансній методу. Головним елементом перетворювача є силові транзистори, тому до його вибору пред’являються особливі вимоги. Перш за все транзистор вибирається по потужності. При напрузі 220 В і струмі 20 А потрібен транзистор потужністю не менше 4,6 кВт, а при струмі 32 А – не менше 8 кВт. Наступний параметр – робоча напруга. Для побутових апаратів напруга може бути 220 або 380 В.

Схема підключення інвертора до акумулятора.

Отже, можна вибрати стандартний транзистор з робочою напругою до 400 В. Нарешті, по частоті видається сигналу слід вибирати транзистор, здатний забезпечити частоту до 100 кГц. Хороші показники в межах вимог для побутових інверторів мають транзистори фірми IR марки IGBT.

Для стабілізації перетворюється сигналу використовується схема розгойдування і управління. Важливим елементом є резонансний дросель. Він виготовляється в такий спосіб. На сердечник з фериту 2хШ16х20 накладається обмотка з дроту марки ПЕТВ-2 діаметром 2,24 мм. Кількість витків -12.

високочастотний трансформатор

Високочастотний трансформатор призначений для зниження вхідного електричної напруги високої частоти до величини напруги, що подається на електрод. Особливістю передачі високочастотного сигналу є те, що потік частинок при високій частоті концентрується на поверхні провідника. Ця особливість призводить до заміни круглого дроти в обмотці трансформатора на провідники, які мають найменшу товщину при максимальній площі. До таких форм оптимально наближається мідна фольга.

Для трансформатора частотою до 55 кГц можна рекомендувати наступну конструкцію. Як сердечника використовується два комплекти фериту Ш20х28-2000НМ з зазором 0,05 мм, в який прокладається папір. Обидві обмотки виготовляються з мідної фольги товщиною 0,3 мм.

Первинна обмотка виконується у вигляді 9 витків при перетині провідника 10 мм² (ширина фольги 40 мм). Вторинна обмотка намотується трьома витками при перетині провідника 30 мм² (ширина фольги – 100 мм). Витки фольги ізолюються одна від одної в одній обмотці за допомогою паперу. Між обмотками накладається ізоляційний шар з фторопластовою стрічки (плівки).

Для стабілізації вихідної напруги використовується дросель.

Він виготовляється на базі сердечника з фериту Ш20х28-2000НМ. Обмотка виконана у вигляді 5 витків дроту марки ПЕВ перетином 25 мм². На виході дроселя встановлюється струмовий трансформатор, який є датчиком для контролю за величиною струму. Токовий трансформатор виконаний у вигляді двох кілець К30х18х7: первинної обмоткою є сам провід, протягнутий усередині кільця, вторинна обмотка виготовляється з 85 витків мідного дроту діаметром 0,5 мм.

Блок керування

Схема блоку управління (система драйверів) може бути зібрана на основі задає або шірокоімпульсного модулятора (ШІМ). Генератор, що задає можна зібрати на базі мікросхеми типу UC3825. Ця мікросхема вважається одним з кращих драйверів двотактного типу. Такий драйвер здатний забезпечити управління і захист по струму і напрузі, як на вході, так і на виході.

Одним з головних елементів схеми управління є резонансний дросель. Від того, як він виготовлений, залежить потужність кінцевого сигналу. Основоположним параметром є зазор між ферритами. Змінюючи зазор в межах 0,2-0,8 мм, можна домогтися максимальної потужності. Помітний вплив на параметри всього апарату надають резонансні конденсатори. Якщо застосований конденсатор типу К73-16, то таких конденсаторів буде потрібно 10 штук. При використанні конденсаторів типу 778-2, їх необхідно 6 штук.

Ссылка на основную публикацию