Сборка инверторного сварочного аппарата своими руками

Общие сведения

Трансформаторные сварочные аппараты стоят сравнительно недорого и легко ремонтируются из-за их простого устройства. Однако они обладают значительным весом и чувствительны к напряжению питания (U). При низком U производить работы невозможно, так как происходят значительные перепады U, в результате которого могут выйти из строя бытовые приборы. В частном секторе часто бывают проблемы с линиями электропередач, так как в бывших странах СНГ большинство ЛЭП требуют замены кабеля.

Электрический кабель состоит из скруток, которые часто окисляются. В результате этого окисления возникает рост сопротивления (R) этой скрутки. При значительной нагрузке они нагреваются, а это может привести к перегрузке ЛЭП и трансформаторной подстанции. Если подключать сварочный аппарат старого образца к счетчику электроэнергии, то при низком U будет срабатывать защита («выбивать» автоматы). Некоторые пытаются подключить сварочник к счетчику электроэнергии, нарушая закон.

Подобное нарушение карается штрафом: потребление электроэнергии происходит незаконно и в больших количествах. Для того чтобы сделать работу более комфортной — не зависеть от U, не поднимать тяжести, не перегружать ЛЭП и не нарушать закон — нужно использовать сварочный аппарат инверторного типа.

Изготовление трансформатора и дросселя

Основной задачей трансформатора является преобразование напряжения высокочастотного тока при достаточной его силе. Сердечники могут быть использованы модели Ш20×208, в количестве двух штук. Зазор между деталями возможно обеспечить своими руками, используя обычную бумагу. Обмотка производится своими руками, медной полосой шириной 40 мм, толщина должна быть не менее 0,2 мм. Теплоизоляция достигается с использованием термоленты кассового устройства, она демонстрирует хорошую износостойкость и прочность.

Как сделать трансформатор для инвертора

Использование медного провода при обмотке сердечника недопустимо, т.к. он вытесняет силу тока на поверхность устройства. Для отвода излишнего тепла используется вентилятор или кулер от компьютерного блока питания, а также радиатор.

Инверторный блок отвечает за пропускную способность электрической дуги путем использования транзисторов и дросселей.

Для стабильного хода процесса сварки рекомендуется использовать несколько транзисторов в параллельной цепи, чем один более мощный элемент.

За счет этого происходит стабилизация тока на выходе, при процессе инверторной сварки своими руками, устройство издает меньше шума.

Самодельный дроссель

Конденсаторы, соединённые последовательно отвечают за несколько функций:

• Резонансные выбросы минимизируются.
• Потери ампер из-за конструктивных особенностей транзисторов, которые открываются намного быстрее, чем закрываются.

Самодельный трансформатор как основа для инвертора
Трансформаторы сильно нагреваются, за счет большого объема проходящего тока. Для контроля температуры используются радиаторы и вентиляторы. Каждый элемент монтируется на радиаторе из теплоотводящего материала, если имеется возможность установить один мощный кулер, то это сократит время сборки и упростит конструкцию.

Устройство и принцип действия

Сварочный инвертор устроен так, что подойдет и для домашнего применения, и для работы на предприятии. Он способен при небольших габаритах обеспечить стабильное горение сварочной дуги и даже использовать ток сварки, значительно превышающий показатель обыкновенного сварочного аппарата. Он использует ток высокой частоты для генерации сварочной дуги и представляет собой обыкновенный импульсный блок питания (такой же, как и компьютерный, только с большей силой тока), что и делает схему сварочного аппарата несложной.

Основные принципы его работы следующие: выпрямление входного напряжения; преобразование выпрямленного U в высокочастотный переменный ток при помощи транзисторных ключей и дальнейшее выпрямление переменного U в постоянный ток высокой частоты (рисунок 1).

Рисунок 1 — Схематическое устройство сварочника инверторного типа.

При использовании ключевых транзисторов высокой мощности происходит преобразование постоянного тока, который выпрямляется при помощи диодного моста в высокочастотный ток (30..90 кГц), что позволяет снизить габариты трансформатора. Выпрямитель на диодах пропускает ток только в одном направлении. Происходит «отсечение» отрицательных гармоник синусоиды.

Но на выходе выпрямителя получается постоянное U с пульсирующей составляющей. Для преобразования его в допустимый постоянный ток с целью корректной работы ключевых транзисторов, работающих только от постоянного тока, используется конденсаторный фильтр. Конденсаторный фильтр представляет собой один или несколько конденсаторов большой емкости, которая позволяет заметно сгладить пульсации.

Диодный мост и фильтр составляют блок питания для инверторной схемы. Вход инверторной схемы выполнен на ключевых транзисторах, преобразовывающих постоянное U в переменное высокой частоты (40..90 кГц). Это преобразование нужно для питания импульсного трансформатора, на выходе которого получается высокочастотный ток низкого U. От выходов трансформатора запитывается высокочастотный выпрямитель, а на выходе генерируется высокочастотный постоянный ток.

Устройство не очень сложное, и любой сварочник-инвертор поддается ремонту. Кроме того, существует множество схем, по которым можно сделать самодельный инвертор для сварочных работ.

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 .

Читать также: Приспособление для изготовления ножей своими руками

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.

Самодельный сварочный аппарат

Собрать инвертор для сварки просто, так как существует множество схем. Возможно сделать сварку из блока питания компьютера, сбить для него ящик, но получится сварочник низкой мощности. Подробно о создании простого инвертора из компьютерного БП для сварки можно ознакомиться в интернете. Огромной популярностью пользуется инвертор для сварки на ШИМ — контроллере типа UC3845. Микросхема прошивается при помощи программатора, который можно приобрести только в специализированном магазине.

Изготовление инвертора

Перед началом изготовления высокочастотного трансформатора для инвертора нужно изготовить гетинаксовую плату, руководствуясь схемой 2. Трансформатор выполнен на магнитопроводе типа «Ш20х28 2000 НМ» с рабочей частотой 41 кГц. Для его намотки (I обмотки) необходимо использовать медную жесть толщиной 0,3..0,45 мм и шириной 35..45 мм (ширина зависит от каркаса). Нужно сделать:

1. 12 витков (площадь поперечного сечения (S) около 10..12 кв. мм.).
2. 4 витка для вторичной обмотки (S = 30 кв. мм.).

Высокочастотный трансформатор нельзя мотать обыкновенным проводом из-за возникновения скин-эффекта. Скин-эффект — способность высокочастотных токов вытесняться на поверхность проводника, тем самым нагревая его. Вторичные обмотки следует разделить пленкой из фторопласта. Кроме того, трансформатор должен нормально охлаждаться.

Дроссель выполнен на магнитопроводе типа «Ш20×28» из феррита 2000 НМ с S не менее 25 кв. мм.

Трансформатор тока выполняется на двух кольцах типа «К30×18×7» и мотается медным проводом. Обмотка l продевается через кольцевую часть, а II обмотка состоит из 85 витков (d = 0,5 мм).

Схема 2 — Схема инверторного сварочного аппарата своими руками (инвертор).

После успешного изготовления высокочастотного трансформатора нужно осуществить монтаж радиоэлементов на печатной плате. Перед пайкой обработать оловом медные дорожки, детали не перегревать. Перечень элементов инвертора:

• ШИМ — контроллер: UC3845.
• MOSFET-транзистор VT1: IRF120.
• VD1: 1N4148.
• VD2, VD3: 1N5819.
• VD4: 1N4739A на 9 В.
• VD5-VD7: 1N4007.
• Два диодных моста VD8: KBPC3510.
• C1: 22 н.
• C2, C4, C8: 0,1 мкФ.
• C3: 4,7 н и C5: 2,2 н, C15, С16, С17, C18: 6,8 н (только использовать К78−2 или 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 к, R14, R15: 1,5 k, R17, R51: 10, R24, R25: 30 на 20Вт, R26: 2,2 к, R27, R28: 5 на 5Вт, R36, R46-R48, R52, R42-R44 — 5, R45, R53 — 1,5.
• R3: 2,2 k и 10 к.
• К1 на 12 В и 40А , К2 — РЭС-49 (1).
• Q6-Q11: IRG4PC50W.
• Шесть MOSFET-транзисторов IRF5305.
• D2 и D3: 1N5819.
• VD17 и VD18: VS-HFA30PA60CPBF; VD19-VD22: VS-HFA30PA60CPBF.
• Двенадцать стабилитронов: 1N4744A.
• Две оптопары: HCPL-3120.
• Катушка индуктивности: 35 мк.

Сборка инвертора своими руками

Для самодельного инверторного устройства необходимо подобрать надежный корпус или сделать его самостоятельно, используя для этого листовой металл толщиной не менее 4 мм. В качестве основания, на котором будет смонтирован трансформатор сварочного инвертора, можно использовать лист гетинакса толщиной не менее 0,5 см. Сам трансформатор крепится на таком основании при помощи скоб, которые можно изготовить своими руками из медной проволоки диаметром 3 мм.

Раздвижной корпус заводского изготовления

Для создания электронных плат устройства можно использовать фольгированный текстолит толщиной 0,5–1 мм. При монтаже магнитопроводов, которые в процессе работы будут нагреваться, надо предусматривать зазоры между ними, необходимые для свободной циркуляции воздуха.

Для автоматического управления работой сварочного инвертора вам потребуется приобрести и установить в него ШИМ-контроллер, который будет отвечать за стабилизацию силы сварочного тока и величины напряжения. Чтобы вам было удобно работать с вашим самодельным аппаратом, в лицевой части его корпуса необходимо смонтировать органы управления. К таким органам относятся тумблер включения устройства, ручка переменного резистора, при помощи которой регулируется сварочный ток, а также зажимы для кабелей и сигнальные светодиоды.

Пример компоновки передней панели инвертора

Основные рекомендации

Перед сборкой нужно внимательно ознакомиться со схемой инверторной сварки и приобрести все необходимое для изготовления: купить радиодетали в специализированных радиомагазинах, найти подходящие каркасы трансформаторов, медную жесть и провод, продумать дизайн корпуса. Планирование работы значительно упрощает процесс сборки и экономит время. При пайке радиокомпонентов следует применять паяльную станцию (индукционная с феном), для исключения возможного перегрева и выхода из строя радиоэлементов. Соблюдать нужно и правила техники безопасности при работе с электричеством.

Сварочник на переменном токе

Это самый распространенный вид аппаратов для сварки металлов. Его просто изготовить в домашних условиях, и он неприхотлив в эксплуатации. Но главный недостаток аппарата – это большая масса понижающего трансформатора, который является основой агрегата.

Для домашнего использования достаточно, чтобы аппарат выдавал напряжение 60 В и мог обеспечить силу тока в 120-160 А. Поэтому для первички, к которой идет подключение бытовой сети 220 В, потребуется провод с сечением от 3 мм2 до 4 мм2. Но идеальный вариант — это проводник с сечением 7 мм2. При таком сечении перепады напряжения и возможные дополнительные нагрузки аппарату будут не страшны. Из этого следует, что для вторички нужен проводник, имеющий 3 мм в диаметре. Если брать алюминиевый проводник, то расчетное сечение медного умножается на коэффициент 1,6. Для вторички потребуется медная шина с сечением не менее 25 мм2

Очень важно, чтобы проводник для намотки был покрыт тряпичной изоляцией, поскольку традиционная ПВХ оболочка при нагревании плавится, что может вызвать межвитковое замыкание.

Если вы не нашли провод с необходимым сечением, то его можно изготовить самостоятельно из нескольких более тонких проводников. Но при этом значительно увеличится толщина провода и, соответственно – габариты агрегата.

Первым делом, изготавливается основа трансформатора – сердечник. Его делают из металлических пластин (трансформаторной стали). Данные пластины должны иметь толщину 0,35-0,55 мм. Шпильки, соединяющие пластины, требуется хорошо изолировать от них. Перед сборкой сердечника просчитываются его размеры, то есть размеры “окна” и площадь сечения сердечника, так называемого “керна”. Для расчета площади используют формулу: S см2 = a х b (см. рис. ниже).

Но из практики известно, что если сделать сердечник с площадью меньшей 30 см2, то таким аппаратом будет сложно получить качественный шов из-за недостатка запаса мощности. Да и нагреваться он будет очень быстро. Поэтому сечение сердцевины должно быть не менее 50 см2. Несмотря на то, что увеличится масса агрегата, он станет более надежным.

Для сборки сердечника лучше использовать Г-образные пластины и размещать их так, как показано на следующем рисунке, пока толщина детали не достигнет необходимого значения.

Пластины по окончанию сборки необходимо скрепить (по углам) с помощью болтов, после чего зачистить напильником и заизолировать тканевой изоляцией.

Теперь можно начать намотку трансформатора.

1. В первую очередь, следует намотать первичку. Для ее изготовления потребуется сделать 215 витков.
2. Рекомендуется на 165 и 190 витке сделать ответвление. Чтобы это сделать, необходимо в верхней части трансформатора прикрепить пластину из текстолита. Все ответвления закрепляются на ней с помощью болтов. Но возле них следует ставить маркировку. Например, возле первого провода следует написать “Общий”, возле 2-го отвода – “165 виток”, возле 3-го – “190 виток” и возле 4-го – “215 виток”. В дальнейшем это позволит регулировать силу тока. Если требуется повысить силу тока, то выбирается обмотка с меньшим количеством витков, и наоборот.
3. Далее, делается вторичная обмотка, состоящая из 70-ти витков.

Следует учитывать один нюанс: соотношение витков на сердечнике должно быть 40% к 60%. Это значит, что на стороне, где размещена первичка, должно быть меньшее количество витков вторички. Благодаря этому при начале сварки обмотка, имеющая больше витков, частично отключится из-за возникновения вихревых токов. При этом повысится сила тока, что положительным образом скажется на качестве шва.

Когда намотка трансформатора будет завершена, сетевой кабель подключается к общему проводу и к ответвлению 215 витка. Сварочные кабели подключаются к вторичной обмотке. После этого контактный сварочный аппарат готов к работе.