1. Загальні відомості
2. Пристрій і принцип дії
3. Саморобний зварювальний апарат
4. виготовлення інвертора
5. Основні рекомендації
6. подальша настройка

Завдяки своїй мобільності електрозварювальні апарати отримали широке застосування в побуті і на виробництві. Вони володіють величезними перевагами в порівнянні із зварювальними трансформаторними агрегатами для зварювальних робіт. Принцип дії, пристрій і їх типові несправності повинен знати кожен. Не у всіх є можливість придбати зварювальний інвертор, тому радіоаматори викладають схеми зварювального інвертора своїми руками в інтернет.

Загальні відомості

Трансформаторні зварювальні апарати коштують порівняно недорого і легко ремонтуються через їх простого пристрою. Однак вони володіють значним вагою і чутливі до напруги харчування (U). При низькому U виробляти роботи неможливо, так як відбуваються значні перепади U, в результаті якого можуть вийти з ладу побутові прилади. У приватному секторі часто бувають проблеми з лініями електропередач, так як в колишніх країнах СНД більшість ЛЕП вимагають заміни кабелю.

Електричний кабель складається з скруток, які часто окислюються. В результаті цього окислення виникає зростання опору (R) цієї скрутки. При значному навантаженні вони нагріваються, а це може призвести до перевантаження ЛЕП і трансформаторної підстанції. Якщо підключати зварювальний апарат старого зразка до лічильника електроенергії, то при низькому U буде спрацьовувати захист ( «вибивати» автомати). Деякі намагаються підключити сварочник до лічильника електроенергії, порушуючи закон.

Подібне порушення карається штрафом: споживання електроенергії відбувається незаконно і в великих кількостях. Для того щоб зробити роботу більш комфортною - не залежати від U, не піднімати тяжкості, не перевантажувати ЛЕП і не порушувати закон - потрібно використовувати зварювальний апарат інверторного типу.

Пристрій і принцип дії

Зварювальний інвертор влаштований так, що підійде і для домашнього застосування, і для роботи на підприємстві. Він здатний при невеликих габаритах забезпечити стабільне горіння зварювальної дуги і навіть використовувати струм зварювання, значно перевищує показник звичайного зварювального апарату. Він використовує струм високої частоти для генерації зварювальної дуги і являє собою звичайний імпульсний блок живлення (такий же, як і комп'ютерний, тільки з більшою силою струму), що і робить схему зварювального апарату нескладною.

Основні принципи його роботи такі: випрямлення вхідної напруги; перетворення випрямленої U в високочастотний змінний струм за допомогою транзисторних ключів і подальше випрямлення змінного U в постійний струм високої частоти (малюнок 1).

Малюнок 1 - Схематичне пристрій сварочніка інверторного типу.

При використанні ключових транзисторів високої потужності відбувається перетворення постійного струму, який випрямляється за допомогою діодного моста в високочастотний струм (30..90 кГц), що дозволяє знизити габарити трансформатора. Випрямляч на діодах пропускає струм тільки в одному напрямку. Відбувається «відсікання» негативних гармонік синусоїди.

Але на виході випрямляча виходить постійне U з пульсуючим складової. Для перетворення його в допустимий постійний струм з метою коректної роботи ключових транзисторів, що працюють тільки від постійного струму, використовується конденсаторний фільтр. Конденсаторний фільтр являє собою один або кілька конденсаторів великої ємності, яка дозволяє помітно згладити пульсації.

Діодний міст і фільтр складають блок живлення для инверторной схеми. Вхід инверторной схеми виконаний на ключових транзисторах, перетворюють постійне U в змінне високої частоти (40..90 кГц). Це перетворення потрібно для харчування імпульсного трансформатора, на виході якого виходить високочастотний струм низької U. Від виходів трансформатора живиться високочастотний випрямляч, а на виході генерується високочастотний постійний струм.

Пристрій не дуже складне, і будь-який сварочник-інвертор піддається ремонту. Крім того, існує безліч схем, за якими можна зробити саморобний інвертор для зварювальних робіт.

Саморобний зварювальний апарат

Зібрати інвертор для зварювання просто, так як існує безліч схем. Можливо зробити зварювання з блоку живлення комп'ютера, збити для нього ящик, але вийде сварочник низької потужності. Детально про створення простого інвертора з комп'ютерного БП для зварювання можна ознайомитися в інтернеті. Величезною популярністю користується інвертор для зварювання на ШІМ - контролері типу UC3845. Мікросхема прошивається за допомогою програматора, який можна придбати тільки в спеціалізованому магазині.

Для прошивки потрібно знати основи мови «С ++», крім того, можливо завантажити або замовити вже готовий програмний код. Перед складанням потрібно визначитися з основними параметрами сварочніка: максимально допустимий струм живлення становить не більше 35 А. При струмі зварювання рівній, 280 А, U мережі живлення становить 220 В. Якщо проаналізувати параметри, можна зробити висновок про те, що ця модель за характеристиками перевищує деякі заводські моделі. Для складання інвертора слід керуватися блок-схемою на малюнку 1.

Схема БП є нескладною, і зібрати її досить просто (схема 1). Перед складанням потрібно визначитися з трансформатором і знайти підходящий корпус для інвертора. Для виготовлення БП інвертора потрібен трансформатор. .

Цей трансформатор збирається на основі феритового сердечника Ш7х7 або Ш8х8 з первинної обмоткою дроту діаметром (d) 0,25..0,35 мм, кількість витків 100. Кілька вторинних обмоток трансформатора повинні мати такі параметри:

1. 15 витків з d = 1..1,5 мм.
2. 15 витків з d = 0,2..0,35 мм.
3. 20 витків з d = 0,35..0,5 мм.
4. 20 витків з d = 0,35..0,5 мм.

Перед намотуванням потрібно ознайомитися з основними правилами намотування трансформаторів.

Схема 1 - Схема блоку живлення інвертора

Навісним монтажем деталі бажано не з'єднувати, а зробити для цих цілей друковану плату. Існує багато способів виготовлення друкованої плати, але слід зупинитися на найпростішому варіанті - лазерно-прасувальну технології (ЛУТ). Основні етапи виготовлення друкованої плати:

1. Придбати в спеціалізованому магазині односторонній гетинакс з мідною фольгою і хлористе залізо.
2. Виготовити макет друкованої плати, використовуючи програмне забезпечення Sprint Layout.
3. Роздрукувати на глянцевому папері, використовуючи тільки лазерний принтер на найвищій якості. Звичайний струменевий принтер для цих цілей не підійде.
4. Притулити роздрукований малюнок до мідній фользі.
5. За допомогою нагрітого праски зробити перенесення малюнка на фольгу, який повинен вийти виразним.
6. Після цього вимкнути праску і опустити плату в хлористе залізо для витравлювання. Головне - не перетримати і постійно контролювати процес, тривалість якого залежить від концентрації хлористого заліза.
7. Після закінчення витравлювання потрібно дістати плату і промити під проточною водою.

Після виготовлення трансформатора і друкованої плати потрібно приступити до монтажу радиокомпонентов за схемою блоку живлення зварювального інвертора. Для складання БП знадобляться радіодеталі:

• 2 регулятора LM78L15.
• TOP224Y.
• Інтегральна мікросхема TL431.
• BYV26C.
• 2 діода HER307.
• 1N4148.
• MBR20100CT.
• P6KE200A.
• KBPC3510.
• Оптопара типу PC817.
• С1, С2: 10мк 450 В, 100мк 100 В, 470мк 400 В, 50мк 25 В.
• C4, C6, C8: 0,1мк.
• C5: 1 н 1000 В.
• С7: 1000мк 25 В.
• Два конденсатора 510 п.
• C13, C14 - 10 мк.
• VDS1 - 600 В 2А.
• Терморезистор типу NTC1 10.
• R1: 47k, R2: 510, R3: 200, R4: 10k.
• Резистори гасять: 6,2 і 30 на 5Вт.

Після складання БП можна підключати і перевіряти, так як він розрахований саме для инверторной схеми.

виготовлення інвертора

Перед початком виготовлення високочастотного трансформатора для інвертора потрібно виготовити гетінаксовую плату, керуючись схемою 2. Трансформатор виконаний на муздрамтеатрі типу «Ш20х28 2000 НМ» з робочою частотою 41 кГц. Для його намотування (I обмотки) необхідно використовувати мідну жерсть товщиною 0,3..0,45 мм і шириною 35..45 мм (ширина залежить від каркасу). Потрібно зробити:

1. 12 витків (площа поперечного перерізу (S) близько 10..12 кв. Мм.).
2. 4 витка для вторинної обмотки (S = 30 кв. Мм.).

Високочастотний трансформатор можна мотати звичайним проводом через виникнення скін-ефекту. Скін-ефект - здатність високочастотних струмів витіснятися на поверхню провідника, тим самим нагріваючи його. Вторинні обмотки слід розділити плівкою з фторопласту. Крім того, трансформатор повинен нормально охолоджуватися.

Дросель виконаний на муздрамтеатрі типу «Ш20 × 28» з фериту 2000 НМ з S не менше 25 кв. мм.

Трансформатор струму виконується на двох кільцях типу «К30 × 18 × 7» і мотається мідним дротом. Обмотка l протягується через кільцеву частину, а II обмотка складається з 85 витків (d = 0,5 мм).

Схема 2 - Схема инверторного зварювального апарату своїми руками (інвертор).

Після успішного виготовлення високочастотного трансформатора потрібно здійснити монтаж радіоелементів на друкованій платі. Перед паянням обробити оловом мідні доріжки, деталі не перегрівати. Перелік елементів інвертора:

• ШІМ - контролер: UC3845.
• MOSFET-транзистор VT1: IRF120.
• VD1: 1N4148.
• VD2, VD3: 1N5819.
• VD4: 1N4739A на 9 В.
• VD5-VD7: 1N4007.
• Два діодних моста VD8: KBPC3510.
• C1: 22 н.
• C2, C4, C8: 0,1 мкФ.
• C3: 4,7 н і C5: 2,2 н, C15, С16, С17, C18: 6,8 н (тільки використовувати К78-2 або СВВ- 81).
• C6: 22 мк, С7: 200 мк, С9-С12 3000 мк 400 В, C13, C21: 10 мк, C20, C22: 47мк на 25 В.
• R1, R2: 33k, R4: 510, R5: 1,3 k, R7: 150, R8: 1 на 1 Вт, R9: 2 M, R10: 1,5 k, R11: 25 на 40 Вт, R12, R13 , R50, R54: 1 до, R14, R15: 1,5 k, R17, R51: 10, R24, R25: 30 на 20 Вт, R26: 2,2 до, R27, R28: 5 на 5Вт, R36, R46- R48, R52, R42-R44 - 5, R45, R53 - 1,5.
• R3: 2,2 k і 10 к.
• К1 на 12 В і 40А, К2 - РЕЗ-49 (1).
• Q6-Q11: IRG4PC50W.
• Шість MOSFET-транзисторів IRF5305.
• D2 і D3: 1N5819.
• VD17 і VD18: VS-HFA30PA60CPBF; VD19-VD22: VS-HFA30PA60CPBF.
• Дванадцять стабилитронов: 1N4744A.
• Дві оптопари: HCPL-3120.
• Котушка індуктивності: 35 мк.

Перед перевіркою схеми на працездатність потрібно ще раз візуально перевірити всі з'єднання.

Основні рекомендації

Перед складанням потрібно уважно ознайомитися зі схемою инверторной зварювання і придбати все необхідне для виготовлення: купити радіодеталі в спеціалізованих радіомагазинах, знайти підходящі каркаси трансформаторів, мідну жерсть і дріт, продумати дизайн корпусу. Планування роботи значно спрощує процес складання і економить час. При пайку радиокомпонентов слід застосовувати паяльну станцію (індукційна з феном), для виключення можливого перегріву і виходу з ладу радіоелементів. Дотримуватися потрібно і правила техніки безпеки при роботі з електрикою.

подальша настройка

Всі силові елементи схеми повинні мати якісне охолодження. Транзисторні ключі необхідно «садити» на термопасту і радіатор. Бажано застосовувати радіатори від мікропроцесорів потужного типу (Athlon). Наявність вентилятора для охолодження в корпусі обов'язково. Схему БП можна доопрацювати, поставивши конденсаторний блок перед трансформатором. Потрібно використовувати К78-2 або СВВ-81, так як інші варіанти неприпустимі.

Після підготовчих робіт потрібно приступити до налаштування зварювального інвертора. Для цього потрібно:

1. Підключити 15 В до ШІМ, подавши харчування на ШІМ і на систему охолодження. Реле К1 виконує роль ключа для замикання R11 - при часу спрацьовуванні першого близько 10 секунд. Крім того, виконується зарядка С9-C12, які розряджаються через R11. Наявність R11 обов'язково, так як воно убезпечить конденсатори від вибуху через сплеск струму при подачі електроживлення.
2. За допомогою осцилографа виконати перевірку плати на наявність прямокутних імпульсів, що йдуть до HCPL3120 після спрацьовування К1 і К2. Крім того, реле К1 має бути підключений після зарядки конденсаторів. Під час роботи інвертора без навантаження (холостий хід) сила струму повинна бути менше 100 мА.
3. Правильність установки фаз високочастотного трансформатора перевіряється 2-променевим осцилографом. Для цього потрібно виставити частоту ШІМ 50..55 Гц і виміряти значення U, яке повинно бути менше 330 В. Споживання моста має бути 120..150 мА. При роботі зварювального інвертора трансформатори не повинні сильно шуміти, а якщо таке відбувається, потрібно розібратися в цьому. Шум часто відбувається через погано затиснутих пластин муздрамтеатру. Дивитися на осцилограф і плавно крутити ручку змінного резистора.
4. Параметри U не повинні перевищувати 540 В (345 В є оптимальним значенням U). Після вимірювань потрібно від'єднати осцилограф і почати варити метал. Час зварювання потрібно починати з 10 секунд і поступово збільшувати його до 5 хвилин. Якщо все зроблено правильно, то шуму не повинно бути.

Існують і більш досконалі моделі сварочніка інверторного типу, в силову схему яких входять тиристори. Широке поширення також отримав інвертор «Тімвала», який можна знайти на форумах радіоаматорів. Він має більш складну схему. Детальніше з ним можна ознайомитися в інтернеті.

Таким чином, знаючи будову та принцип роботи зварювального апарату інверторного типу, зібрати його своїми руками не представляється непосильним завданням. Саморобний варіант практично не поступається заводському і навіть перевершує його деякі характеристики.