Принципиальная схема сварочного инвертора: разбираемся в деталях. Принципиальная схема сварочного инвертора: разбираемся в деталях Ищу схему инвертора штурм

Технические данные нашего сварочного аппарата - полуавтомата:
Напряжение питающей сети: 220 В
Потребляемая мощность: не более 3 кВа
Режим работы: повторно-кратковременный
Регулирование рабочего напряжения: ступенчатое от 19 В до 26 В
Скорость подачи сварочной проволоки: 0-7 м/мин
Диаметр проволоки: 0.8 мм
Величина сварочного тока: ПВ 40% - 160 А, ПВ 100% - 80 А
Предел регулирования сварочного тока: 30 А - 160 А

Всего с 2003 года было сделано шесть подобных аппаратов. Аппарат, представленный далее на фото, работает с 2003 года в автосервисе и ни разу не подвергался ремонту.

Внешний вид сварочного полуавтомата

Вообще

Вид спереди

Вид сзади

Вид слева

В качестве сварочной проволоки используется стандартная
5кг катушка проволоки диаметром 0,8мм

Сварочная горелка 180 А вместе с евроразъемом
была куплена в магазине сварочного оборудования.

Схема и детали сварочника

Вид на монтаж

Плата управления

В качестве выключателя питания и защиты применен однофазный автомат типа АЕ на 16А. SA1 - переключатель режимов сварки типа ПКУ-3-12-2037 на 5 положений.

Резисторы R3, R4 - ПЭВ-25, но их можно не ставить (у меня не стоят). Они предназначены для быстрой разрядки конденсаторов дросселя.

Теперь по конденсатору С7. В паре с дросселем он обеспечивает стабилизацию горения и поддержания дуги. Минимальная емкость его должна быть не менее 20000 мкф, оптимальная 30000 мкф. Были испробованы несколько типов конденсаторов с меньшими габаритами и большей емкостью, например CapXon, Misuda, но они себя проявили не надежно, выгорали.

В итоге были применены советские конденсаторы, которые работают по сей день, К50-18 на 10000 мкф х 50В в количестве трёх штук в параллель.

Силовые тиристоры на 200А взяты с хорошим запасом. Можно поставить и на 160 А, но они будут работать на пределе, потребуется применение хороших радиаторов и вентиляторов. Примененные В200 стоят на не большой алюминиевой пластине.

Реле К1 типа РП21 на 24В, переменный резистор R10 проволочный типа ППБ.

При нажатии на горелке кнопки SB1 подается напряжение на схему управления. Срабатывает реле К1, тем самым через контакты К1-1 подается напряжение на электромагнитный клапан ЭМ1 подачи кислоты, и К1-2 - на схему питания двигателя протяжки проволоки, и К1-3 - на открытие силовых тиристоров.

Переключателем SA1 выставляют рабочее напряжение в диапазоне от 19 до 26 Вольт (с учетом добавки 3 витков на плечо до 30 Вольт). Резистором R10 регулируют подачу сварочной проволоки, меняют ток сварки от 30А до 160 А.

При настройке резистор R12 подбирают таким образом, чтобы при выкрученном R10 на минимум скорости двигатель все же продолжал вращаться, а не стоял.

При отпускании кнопки SB1 на горелке - реле отпускает, останавливается мотор и закрываются тиристоры, электромагнитный клапан за счет заряда конденсатора С2 еще продолжает оставаться открытым подавая кислоту в зону сварки.

При закрытии тиристоров исчезает напряжение дуги, но за счет дросселя и конденсаторов С7 напряжение снимается плавно, не давая сварочной проволоке прилипнуть в зоне сварки.

Мотаем сварочный трансформатор

Стеклоткань - на мой взгляд, самая лучшая изоляция получается

Продолжаем мотать - вторичка. Берем алюминиевую шину в стеклянной изоляции размером 2,8×4,75 мм, (можно купить у обмотчиков). Нужно примерно 8 м, но лучше иметь небольшой запас. Начинаем мотать, укладывая как можно плотнее, мотаем 19 витков, далее делаем петлю под болт М6, и снова 19 витков, Начала и концы делаем по 30 см, для дальнейшего монтажа.
Тут небольшое отступление, лично мне для сварки крупных деталей при таком напряжении было маловато току, в процессе эксплуатации я перемотал вторичную обмотку, прибавив по 3 витка на плечо, итого у меня получилось 22+22.
Обмотка влезает впритык, поэтому если мотать аккуратно, все должно получиться.
Если на первичку брать эмальпровод, то потом обязательно пропитка лаком, я держал катушку в лаке 6 часов.

Собираем трансформатор, включаем в розетку и замеряем ток холостого хода около 0,5 А, напряжение на вторичке от 19 до 26 Вольт. Если все так, то трансформатор можно отложить в сторону, он пока нам больше не нужен.

Вместо ОСМ-1 для силового трансформатора можно взять 4шт ТС-270, правда там немного другие размеры, и я делал на нем только 1 сварочный аппарат, то данные для намотки уже не помню, но это можно посчитать.

Будем мотать дроссель

У нас остался еще один трансформатор для питания схемы управления (я брал готовый). Он должен выдавать 24 вольта при токе около 6А.

Корпус и механика

Мотор М применен от стеклоочистителя ВАЗ-2101.
Убран концевик возврата в крайнее положение.

В подкатушечнике для создания тормозного усилия применена пружина, первая попавшаяся под руку. Тормозной эффект увеличивается сжиманием пружины (т. е. закручиванием гайки).

СХЕМА СВАРОЧНОГО ИНВЕРТОРА

Современные сварочные инверторы, за счёт высокой частоты преобразования тока и системы электронной стабилизации, обеспечивают очень стабильную сварочную дугу. Современная элементарная база позволяет создавать сварочные инверторы очень компактными и оснащенными всеми необходимыми функциями. Имеющиеся на данный момент в продаже сварочные аппараты отличаются ограниченной потребляемой мощностью; режимом антиприлипания электрода; плавную регулировку тока сварки, часто с помощью микропроцессорного управления и защиту от перегрузок и перегрева схемы. Напряжение питания всех схем стандартное, сетевое 220 В при токе до 30 А. Выходной сварочный ток регулируется в пределах 5 - 200 А.

При сварке металлов с помощью инвертора, электрическая дуга возникает между электродом, диаметром 1-5 мм, который часто изготовлен из того же материала, что и соединяемый материал и свариваемым материалом. Из-за горения этой дуги, происходит плавление электродов и материала. После расплава происходит смешение соединяемого материала с материалом электрода и возникает прочное соединение.

Хочу представить вашему вниманию сборник принципиальных схем промышленных аппаратов сварочных инверторов, собранных "с миру по нитке". Кому-то эти схемы понадобятся для ремонта, а кто и сам захочет повторить одну из схем. Ведь цена на готовое заводское устройство обычно лежит в пределах 300 - 500уе, и самостоятельная сборка сварочного инвертора вполне оправдана.

На нашем сайте имеются в наличии для скачивания такие файлы:

• - Электрическая схема сварочного инвертора САИ;
• - Электрическая схема сварочного инвертора MOS;
• - Электрическая схема сварочного инвертора TELWIN;
• - Электрическая схема сварочного инвертора NEON;
• - Электрическая схема сварочного инвертора Inverter TOP DC;
• - Электрическая схема сварочного инвертора Prestige;
• - Электрическая схема сварочного инвертора ВДУЧ;
• - Электрическая схема сварочного инвертора ThermalArc;
• - Электрическая схема сварочного инвертора MARC;
• - Электрическая схема сварочного инвертора Maxstar;
• - Электрическая схема сварочного инвертора РУСЬ;
• - Электрическая схема сварочного инвертора DC250;
• - Электрическая схема сварочного инвертора Форсаж;
• - Электрическая схема сварочного инвертора Invertec V.

Современные сварочные аппараты с целью уменьшения габаритов и массы, строятся исключительно по инверторной схеме, с мощными полевыми транзисторами в качестве силовых переключающих элементов. Несмотря на множество различных моделей таких аппаратов, суть работы и принцип действия почти одинаковы. Данная статья будет полезна для понимания функционирования схем инверторов, а так-же для их самостоятельного ремонта. В качестве примера выбран отечественный сварочный инвертор "ТОРУС”.

Устройство сварочного аппарата "ТОРУС-200”

"ТОРУС-200” – сварочный аппарат инверторного типа представляет собой источник постоянного тока с защитой от КЗ и тепловой защитой. Преобразователь источника тока выполнен по полномостовой схеме с частотой преобразования около 100 кгц. Регулировка тока производится изменением скважности управляющих импульсов при постоянной частоте. Четыре ключа преобразователя располагаются на отдельных радиаторах. Каждый ключ состоит из четырёх параллельных полевых транзисторов IRFP460.

Трансформатор преобразователя намотан проводом-литцендратом в шёлковой оплётке прямо на сердечник, т.е. без каркаса. Рядом установлен дроссель, который включен последовательно первичке трансформатора, причём намотка обоих выполнена одним куском провода, т.е. "по месту”. Выходной выпрямитель выполнен по двухтактной схеме (со средним выводом вторичной обмотки). Каждое плечо выпрямителя смонтировано на отдельном радиаторе и состоит из двух диодных сборок 60CPQ150 или четырёх 30CPQ150. Выпрямитель, питающий преобразователь состоит из моста GBPC3508W, установленного на радиатор и шести параллельных электролитических конденсаторов 470 мкф 400в. Принципиальная схема:

Схема мягкого включения представляет собой реле задержки включения полного заряда конденсаторов выпрямителя питания преобразователя. Исполнительный элемент – э.м. реле замыкающее мощный резистор.

На плате управления располагаются:

1. Блок питания электроники, который выполнен как отдельны модуль и представляет собой стандартный БП на 15в.
2. Схема "мягкого включения”.
3. Блок конденсаторов зарядно-разрядной цепи преобразователя.
4. Схема управления преобразователем. Также, на передней панели аппарата установлена платка индикации, выключения и регулировки тока.

Схема управления преобразователем состоит из:

1. Тактового генератора на микросхеме TL494. Он выдаёт две фазы тактовых импульсов с частотой около 100 кгц. Функции ШИМ не используются и микросхема выдаёт импульсы постоянной скважности. В этой микросхеме есть два компаратора, к которым подключены датчики тепловой защиты (терморезисторы на дросселе и радиаторе выходного выпрямителя).

2. Схемы регулировки тока и защиты по КЗ. Выполнены на двух компараторах микросхемы LM393. Датчик тока выполнен на ферритовом кольце с обмоткой, сквозь которое проходит плюсовой провод питания преобразователя.

3. Два выходных драйвера на микросхемах IR2112. На входы драйверов поступают тактовые импульсы, скважность которых изменяется в драйвере от импульсов, поступающих с компараторов схемы регулировки тока и защиты от КЗ. Выходы драйверов нагружены на импульсные трансформаторы, со вторичных обмоток которых управляющие импульсы поступают на ключи преобразователя.

СА "Торус” выпускается несколькими производителями. Первый такой аппарат попался под названием "Дуга-200” и на момент написания этой статьи через мои руки прошло семь аппаратов данной конструкции. Предполагаю, что эта схема подойдёт и для младших моделей "Торуса”, поскольку для того, чтобы уменьшить максимальный сварочный ток достаточно уменьшить число ключей в группе и число диодных сборок или поставить более слабые компоненты.

Для ремонта сварочного аппарата, как и любого другого электронного устройства крайне желательно иметь некоторые познания в электронике и хотя бы минимальный опыт ремонта. Если ни того, ни другого нет, но есть много желания и денег, тогда можно попробовать. Из приборов необходим осциллограф и стрелочный авометр. Любой ремонт начинается с вскрытия и внешнего осмотра внутренностей. Конструктивно "Торус” состоит из следующих модулей:

1. Модуль входного выпрямителя
2. Модуль выходного выпрямителя..
3. Плата управления ключами.
4. Корпус с вентилятором.

Модуль входного выпрямителя . Входной выпрямитель – это мощный диодный мост, установленный на радиатор, который крепится к плате управления снизу. Мост GBPC3508W крайне надёжен и чтобы его спалить надо ещё постараться. Тем не менее и его проверить не лишнее. Все знают как звонится мост и нового тут не выдумать. Для неопытных можно посоветовать отпаять от него провода, чтобы в случае КЗ не вводить себя в заблуждение. Радиатор с мостом лучше сразу снять с платы чтобы в дальнейшем облегчить работу с ней.

Модуль ключей. Модуль ключей состоит из четырёх групп по четыре транзистора в группе. Каждая группа смонтирована на отдельном радиаторе на изолирующей прокладке. Кроме ключей в модуль входят шесть электролитических конденсаторов сглаживающего фильтра выпрямителя, питающего преобразователь (входного выпрямителя).

Чаще всего неисправный транзистор сразу виден: треснутый или взломанный корпус, прогоревшие выводы, но иногда внешних признаков неисправности нет и тогда для выявления неисправного транзистора следует применить стрелочный авометр. Включаем его в режим измерения сопротивления на предел Ком х1 и выбираем любую группу. Я думаю, не лишним будет напомнить, что все измерения следует проводить на выключенном из сети аппарате. Измеряем сопротивление между стоком и истоком. Для тех, кто не знает цоколёвки транзистора IRFP460: если расположить корпус выводами вниз и маркировкой к себе, то слева направо будут затвор, сток, исток. Между стоком и истоком есть встречно-параллельный диод, он и должен звониться, т.е. в одну сторону высокое, в другую низкое сопротивление. Короткое замыкание – неисправность одного или нескольких транзисторов в группе и если таковое есть, то неисправный транзистор выявляется только путём выпаивания.

Если группа звонится как положено (в одну сторону), то это не всегда означает, что все транзисторы в группе исправны. Их надо по отдельности проверить на "открываемость”. Это можно сделать не выпаивая каждый транзистор. Сначала отпаиваем по одному концу выравнивающих резисторов от каждого затвора, ставим минусовой щуп на исток первого транзистора, плюсовой на сток. Тестер должен показать высокое сопротивление. Теперь на мгновение прикасаемся плюсовым щупом (не снимая минусового) к затвору и снова перекидываем его на сток. Сопротивление должно упасть почти до нуля и это означает, что транзистор открылся. Пинцетом или скальпелем замыкаем затвор со стоком или истоком и снова замеряем сопротивление сток-исток, которое должно увеличиться почти до бесконечности (но надёжнее для запирания транзистора подать но затвор обратное напряжение, т.е. минус на затвор, плюс на сток) и это означает, что транзистор закрылся. Если это так, переходим к другому транзистору, в противном случае перепроверяем и выкусываем неисправный транзистор, поскольку так легче подготовить место для монтажа исправного транзистора.
Если все транзисторы в группе исправны, припаиваем к затворам концы выравнивающих резисторов, помечаем группу как исправную и переходим к следующей группе. Для ремонта, проверки и поиска возможных аналогов радиоэлементов, изучите их .

Когда все транзисторы проверены и неисправные заменены исправными, модуль ключей можно условно считать исправным. Условно – это потому, что окончательная проверка будет при наличии управляющих сигналов. В недавнем времени ключи стали снабжать снабберами (конденсаторами, впаянными между стоком и истоком каждого транзистора), которые защищают транзисторы от пробоя. Экономичность аппарата при этом несколько снижается, зато надёжность возрастает многократно. При прозвонке транзисторов конденсаторы можно не отпаивать, т.к. на результаты измерений они не влияют.

Модуль выходного выпрямителя . Модуль выходного выпрямителя состоит из платы с двумя радиаторами, на которых смонтированы силовые диодные сборки. В зависимости от применяемых сборок, их количество на радиаторе может быть разным – две или четыре. Также, в модуль входят дроссель и трансформатор. Диодные сборки выходного выпрямителя выходят из строя крайне редко. В двухсотой модели применяются две сборки 60CPQ150 или четыре 30CPQ150, а в каждой сборке по два диода по 60 и 30 ампер (соответственно) максимального тока каждый. В сумме это 240 ампер постоянного тока. Запас в 40 ампер довольно надёжен, к тому же максимальный импульсный ток едва ли не на порядок больше.
Все знают как звонятся диоды. Если группа звонится накоротко, нужно искать пробитый диод. Без выпаивания здесь не обойтись и для этого удобно использовать паяльник с отсосом. Когда все диоды проверены и неисправные заменены, модуль можно пометить как исправный и приступить к проверке платы управления.

Плата управления ключами – это самый сложный из всех блоков аппарата и от его правильной работы зависит надёжность аппарата и целостность его компонентов. Предварительную проверку работоспособности платы управления можно произвести без её демонтажа, т.е. прямо по месту. Первым делом отключаем питание преобразователя, для чего отпаиваем от входного моста один из толстых проводов идущих от платы управления (переменное 220в) и изолируем его оголённый конец изолентой.

Поскольку для оценки работоспособности платы управления необходимо оценивать быстроменяющиеся сигналы, без осциллографа (и навыка работы с ним) здесь не обойтись. Вставляем вилку питания в розетку и внимательно слушаем. Вращается вентилятор и через 3-5 секунд слышится щелчок. Его издаёт реле схемы "мягкого” включения. Если щелчка нет или он слышен сразу после включения, значит схема "мягкого” включения неисправна. Также, если щелчка не последовало, стоит проверить наличие питающего напряжения +15в. Источник этого питания приклеен к плате управления и подпаян к ней четырьмя проводами: два из которых – переменное 220в и другие два – плюс и минус 15в. Если питания нет, демонтируем источник питания и ремонтируем или заменяем его, поскольку он стандартный.

Схема "мягкого” включения очень проста и основана на срабатывании эм. реле K2 в результате открывания транзистора VT5 после заряда конденсатора C22 в его базовой цепи. Контакты реле S3 закорачивают резистор R40, который гасит ток заряда конденсаторов фильтра входного выпрямителя. Этот резистор очень слаб и часто выходит из строя. Этот резистор, даже если он исправен, я заменяю на более мощный для повышения надёжности аппарата. Отсутствие задержки срабатывания реле может быть вызвано обрывом ёмкости заряда C22, пробоем транзистора VT5 и пробоем аналога динистора VD4 в цепи базы транзистора.

Далее проверяем наличие сигналов управления ключами. Эти сигналы поступают по четырём витым парам проводов на шинки затворов модуля ключей. Устанавливаем развёртку осциллографа на 5 мкс\дел, а аттенюатор на 5 или 2в\дел. Общий провод осциллографа соединяем с общим проводом платы управления (занимает заметную часть площади лицевой стороны), а щупом проверяем сигналы на ногах 1 и 7 микросхем DD2 и DD3. В норме там должны быть прямоугольные с закруглённым фронтом импульсы амплитудой около 15в с частотой около 100Кгц. Если импульсы есть, следует проверить их прохождение до каждого затвора.

Если аппарат до Вас побывал в чьих-то "умелых” руках не лишнее проверить фазировку управляющих сигналов: если витые пары перепутаны местами, то есть угроза нарваться на сквозной ток, а если перепутаны провода в паре, то ключ не будет открываться. Мне попадались аппараты буквально "перепаханные” "умельцами” и эти аппараты пришлось проверять досконально. Ситуация усложнена ещё и тем, что качество сборки аппаратов полукустарное и не всегда можно отличить пайку производителя от пайки "умельца”.

Для несведущих могу уточнить: на затвор должны поступать положительные (относительно истока) импульсы амплитудой около 15в. Одновременно должны открываться группы 1 и 4 в одном такте и 2 и 3 в другом такте. Синфазность сигналов можно определить при помощи двухканального осциллографа.

Если сигналы управления с платы управления приходят на каждый затвор с нужной амплитудой и в нужной фазе, можно попробовать включить аппарат. Для того, чтобы подстраховаться от последствий невыявленной неисправности, питание преобразователя включим через лампу накаливания 150-200вт - удобнее включить её в разрыв переменной цепи моста входного выпрямителя. Подпаиваем все провода, отпаянные ранее с учётом лампы и включаем аппарат в сеть и смотрим на лампу. В первый момент лампа может ярко вспыхнуть (заряжаются ёмкости фильтра), но постоянно она должна светиться слабо. Яркое свечение свидетельствует о коротком замыкании в схеме или цепи нагрузки. .Когда все неисправности устранены, лампу отпаиваем, припаиваем к мосту провод питания и включаем аппарат в сеть. Измеряем напряжение на выходных клеммах – нормальный уровень напряжения должен быть около 60 постоянных вольт.

В случае, когда плата управления не выдаёт запускающих импульсов, её для удобства работы лучше отделить от всех узлов, т.е.отпаять витые пары от ключей, предварительно промаркировав группы и провода, отпаять датчики перегрева и заизолировать концы проводов, отпаять и отсоединить мост входного выпрямителя, отпаять шнур сетевого питания.

Далее припаиваем шнур сетевого питания, лучше через лампочку 50-100вт и включаем его в розетку. В первую очередь следует проверить наличие питания +15в на ножках 3,6,9 микросхем DD2 и DD3 и прямоугольных тактовых импульсов на ножках 10 и 12 тех же микросхем. Я пару раз сталкивался с выгоранием резистора в цепи питания DD3, правда после этого и саму микросхему пришлось заменить. Если тактовые импульсы на ногах 10 и 12 (т.е. на входах) есть, но нет импульсов на ножках 1 и 7 (т.е. на выходах) нужно ногу 11 посадить на общий провод и если микросхема исправна, импульсы на выходах должны появиться. Нет импульсов – смело заменяй микросхему. В нормальном состоянии на ноге 11 микросхем DD2 и DD3 может быть не точный ноль (т.е. микросхема закрыта) и чтобы проверить неисправна микросхема или закрыта, нужно подать на ногу 11 точный ноль.

Если на входы драйверов (DD2 и DD3) не поступает тактовых импульсов, то их нужно искать на выводах 9 и 10 микросхемы ШИМ - DD4. В случае их отсутствия проверяем питание +15в на выводах 8, 11, 12. Можно проверить, не светится ли красный индикатор на передней панели аппарата и если это так, то скорее всего выключен тумблер рабочего режима. Также, можно проверить, не замкнут ли один из двух датчиков перегрева (на радиаторе выходного выпрямителя и на дросселе). Если все усилия тщетны – заменяем микросхему.

Вы добились управляющих импульсов на выходах обоих драйверов. Казалось бы – вот оно, счастье, но за этим счастьем может последовать фейерверк, когда Вы попробуете зажечь дугу. Дело в том, что ещё есть схема регулировки тока и защиты по току и если эта защита не работает, то Вы рискуете пойти по второму кругу поиска неисправностей.

Схема регулировки и защиты реализована на микросхеме DD1 и её обвязке. Датчиком тока является кольцевая катушка L1 сквозь которую проходит толстый провод питания преобразователя. На выводах 1 и 7 микросхемы DD1 формируются прямоугольные импульсы закрытия драйверов. Проверить работу схемы можно разными способами. Я пользуюсь следующим: отпаиваю один конец катушки L1 и вместо неё припаиваю источник переменного напряжения 3в. Это может быть трансформатор от сетевого адаптера или что-нибудь оригинальное. Подаю переменные 3в и смотрю сигналы на выводах 1 и 7 микросхемы DD1 – короткие прямоугольные импульсы с частотой 50гц. При этом кольцевые трансформаторы издают тихие звуки (отдалённо напоминающие голос кузнечика), а запускающие импульсы прерываются с частотой 50гц. Автор статьи: В.А. Третьяков.

Схема в корне отличается от устройства его предшественника – сварочного трансформатора. Основой конструкции прежних сварочных аппаратов был трансформатор понижающего типа, что делало их габаритными и тяжелыми. Современные сварочные инверторы благодаря использованию при их производстве передовых разработок – это легкие и компактные устройства, отличающиеся широкими функциональными возможностями.

Основным элементом электрической схемы любого сварочного инвертора является импульсный преобразователь, вырабатывающий ток высокой частоты. Именно благодаря этому использование инвертора дает возможность легко зажигать сварочную дугу и поддерживать ее в стабильном состоянии на всем протяжении сварки. Схема сварочного инвертора в зависимости от модели может иметь определенные особенности, но принцип его работы, который будет рассмотрен ниже, остается неизменным.

Какие виды инверторов представлены на современном рынке

Для определенного типа сварки следует правильно выбирать инверторное оборудование, каждый вид которого обладает специфической электрической схемой и, соответственно, особыми техническими характеристиками и функциональными возможностями.

Инверторы, которые выпускают современные производители, могут одинаково успешно использоваться как на производственных предприятиях, так и в быту. Разработчики постоянно совершенствуют принципиальные электрические схемы инверторных аппаратов, что позволяет наделять их новыми функциями и улучшать их технические характеристики.

Инверторные устройства в качестве основного оборудования широко используются для выполнения следующих технологических операций:

• плавящимся и неплавящимся электродами;
• сварки по полуавтоматической и автоматической технологиям;
• плазменной резки и др.

Кроме того, инверторные аппараты являются наиболее эффективным типом оборудования, которое используется для сварки алюминия, нержавеющей стали и других сложносвариваемых металлов. Сварочные инверторы, вне зависимости от особенностей своей электрической схемы, позволяют получать качественные, надежные и аккуратные сварные швы, выполняемые по любой технологии. При этом, что важно, компактный и не слишком тяжелый инверторный аппарат при необходимости можно в любой момент легко перенести в то место, где будут выполняться сварочные работы.

Что включает в себя конструкция сварочного инвертора

Схема сварочного инвертора, которая определяет его технические характеристики и функциональность, включает в себя такие обязательные элементы, как:

• блок, обеспечивающий электрическим питанием силовую часть устройства (он состоит из выпрямителя, емкостного фильтра и нелинейной зарядной цепи);
• силовая часть, выполненная на базе однотактного конвертора (в данную часть электрической схемы также входят силовой трансформатор, вторичный выпрямитель и выходной дроссель);
• блок питания элементов слаботочной части электрической схемы инверторного аппарата;
• ШИМ-контроллер, который включает в себя трансформатор тока и датчик тока нагрузки;
• блок, отвечающий за термозащиту и управление охлаждающими вентиляторами (в данный блок принципиальной схемы входят вентиляторы инвертора и температурные датчики);
• органы управления и индикации.

Как работает сварочный инвертор

Формирование тока большой силы, при помощи которого создается электрическая дуга для расплавления кромок соединяемых деталей и присадочного материала, – это то, для чего предназначен любой сварочный аппарат. Для этих же целей необходим и инверторный аппарат, позволяющий формировать сварочный ток с большим диапазоном характеристик.

В наиболее простом изложении принцип выглядит так.

• Переменный ток с частотой 50 Гц из обычной электрической сети поступает на выпрямитель, где происходит его преобразование в постоянный.
• После выпрямителя постоянный ток сглаживается при помощи специального фильтра.
• Из фильтра постоянный ток поступает непосредственно на инвертор, в задачу которого входит опять преобразовать его в переменный, но уже с более высокой частотой.
• После этого при помощи трансформатора понижают напряжение переменного высокочастотного тока, что дает возможность увеличить его силу.

Для того чтобы понять, какое значение имеет каждый элемент принципиальной электрической схемы инверторного аппарата, стоит рассмотреть его работу подробнее.

Процессы, протекающие в электрической схеме сварочного инвертора

Схема позволяет увеличивать частоту тока со стандартных 50 Гц до 60–80 кГц. Благодаря тому, что на выходе такого устройства регулировке подвергается высокочастотный ток, для этого можно эффективно использовать компактные трансформаторы. Увеличение частоты тока происходит в той части электрической схемы инвертора, где расположен контур с мощными силовыми транзисторами. Как известно, на транзисторы подается только постоянный ток, для чего и необходим выпрямитель на входе аппарата.

Принципиальная схема заводского сварочного инвертора «Ресанта» (нажмите, чтобы увеличить)

Схема инвертора от немецкого производителя FUBAG с рядом дополнительных функций (нажмите, чтобы увеличить)

Пример принципиальной электрической схемы сварочного инвертора для самостоятельного изготовления (нажмите, чтобы увеличить)

Принципиальная электрическая схема инверторного устройства состоит из двух основных частей: силового участка и цепи управления. Первым элементом силового участка схемы является диодный мост. Задача такого моста как раз и состоит в том, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный.

В постоянном токе, преобразованном из переменного в диодном мосту, могут возникать импульсы, которые необходимо сглаживать. Для этого после диодного моста устанавливается фильтр, состоящий из конденсаторов преимущественно электролитического типа. Важно знать, что напряжение, которое выходит из диодного моста, примерно в 1,4 раза больше, чем его значение на входе. Диоды выпрямителя при преобразовании переменного тока в постоянный очень сильно нагреваются, что может серьезно сказаться на их работоспособности.

Чтобы защитить их, а также другие элементы выпрямителя от перегрева, в данной части электрической схемы используют радиаторы. Кроме того, на сам диодный мост устанавливается термопредохранитель, в задачу которого входит отключение электропитания в том случае, если диодный мост нагрелся до температуры, превышающей 80–90 градусов.

Высокочастотные помехи, создаваемые при работе инверторного устройства, могут через его вход попасть в электрическую сеть. Чтобы этого не произошло, перед выпрямительным блоком схемы устанавливается фильтр электромагнитной совместимости. Состоит такой фильтр из дросселя и нескольких конденсаторов.

Сам инвертор, который преобразует уже постоянный ток в переменный, но обладающий значительно более высокой частотой, собирается из транзисторов по схеме «косой мост». Частота переключения транзисторов, за счет которых и происходит формирование переменного тока, может составлять десятки или сотни килогерц. Полученный таким образом высокочастотный переменный ток имеет амплитуду прямоугольной формы.

Получить на выходе устройства ток достаточной силы для того, чтобы можно было с его помощью эффективно выполнять сварочные работы, позволяет понижающий напряжение трансформатор, установленный за инверторным блоком. Для того чтобы получить с помощью инверторного аппарата постоянный ток, после понижающего трансформатора подключают мощный выпрямитель, также собранный на диодном мосту.

Элементы защиты инвертора и управления им

Избежать влияния негативных факторов на работу инвертора позволяют несколько элементов в его принципиальной электрической схеме.

Для того чтобы транзисторы, которые преобразуют постоянный ток в переменный, не сгорели в процессе своей работы, используются специальные демпфирующие (RC) цепи. Все блоки электрической схемы, которые работают под большой нагрузкой и сильно нагреваются, не только обеспечены принудительным охлаждением, но также подключены к термодатчикам, отключающим их питание в том случае, если температура их нагрева превысила критическое значение.

Из-за того, что конденсаторы фильтра после своей зарядки могут выдавать ток большой силы, который в состоянии сжечь транзисторы инвертора, аппарату необходимо обеспечить плавный пуск. Для этого используют стабилизаторные устройства.

В схеме любого инвертора имеется ШИМ-контроллер, который отвечает за управление всеми элементами его электрической схемы. От ШИМ-контроллера электрические сигналы поступают на полевой транзистор, а от него – на разделительный трансформатор, имеющий одновременно две выходные обмотки. ШИМ-контроллер посредством других элементов электрической схемы также подает управляющие сигналы на силовые диоды и силовые транзисторы инверторного блока. Для того чтобы контроллер мог эффективно управлять всеми элементами электрической схемы инвертора, на него также необходимо подавать электрические сигналы.

Для выработки таких сигналов используется операционный усилитель, на вход которого подается формируемый в инверторе выходной ток. При расхождении значений последнего с заданными параметрами операционный усилитель и формирует управляющий сигнал на контроллер. Кроме того, на операционный усилитель поступают сигналы от всех защитных контуров. Это необходимо для того, чтобы он смог отключить инвертор от электропитания в тот момент, когда в его электрической схеме возникнет критическая ситуация.

Достоинства и недостатки сварочных аппаратов инверторного типа

Аппараты, которые пришли на смену привычным всем трансформаторам, обладают рядом весомых преимуществ.

• Благодаря совершенно иному подходу к формированию и регулированию сварочного тока масса таких устройств составляет всего 5–12 кг, в то время как сварочные трансформаторы весят 18–35 кг.
• Инверторы обладают очень высоким КПД (порядка 90%). Это объясняется тем, что в них расходуется значительно меньше лишней энергии на нагрев составных частей. Сварочные трансформаторы, в отличие от инверторных устройств, очень сильно греются.
• Инверторы благодаря такому высокому КПД потребляют в 2 раза меньше электрической энергии, чем обычные трансформаторы для сварки.
• Высокая универсальность инверторных аппаратов объясняется возможностью регулировать с их помощью сварочный ток в широких пределах. Благодаря этому одно и то же устройство можно использовать для сварки деталей из разных металлов, а также для ее выполнения по разным технологиям.
• Большинство современных моделей инверторов наделены опциями, которые минимизируют влияние ошибок сварщика на технологический процесс. К таким опциям, в частности, относятся «Антизалипание» и «Форсирование дуги» (быстрый розжиг).
• Исключительная стабильность напряжения, подаваемого на сварочную дугу, обеспечивается за счет автоматических элементов электрической схемы инвертора. Автоматика в данном случае не только учитывает и сглаживает перепады входного напряжения, но и корректирует даже такие помехи, как затухание сварочной дуги из-за сильного ветра.
• Сварка с использованием инверторного оборудования может выполняться электродами любого типа.
• Некоторые модели современных сварочных инверторов имеют функцию программирования, что позволяет точно и оперативно настраивать их режимы при выполнении работ определенного типа.

Сооружение вольеров для домашних животных, обустройство систем водопровода и канализации, создание красивых подставок для растений и множества других полезных вещей — все это позволяет сделать сварочный аппарат. При желании простой агрегат для домашней работы можно собрать своими руками. Схема сварочного аппарата будет различаться в зависимости от того, какую именно модель вы решите собрать. Далее представлены руководства по изготовлению самых распространенных вариантов. Изучите предложенные инструкции и приступайте к сборке наиболее подходящего под ваши требования агрегата.

Схема мостового выпрямителя сварочного аппарата, с указанием полярности при сварке тонколистового металла.

Пошаговая инструкция по сборке простейшего сварочного аппарата

Перечень материалов и инструментов, необходимых для сборки сварочного аппарата, будет меняться в зависимости от того, какой именно агрегат вы решите собрать. Следующие элементы являются основными. Обязательно подготовьте их, а все остальное добавляйте уже по мере необходимости. Вам понадобится:

Принципиальная схема сварочного аппарата работающего с электродами диаметром до 4 мм.

1. Хлопчатобумажный материал.
2. Текстолит.
3. Электротехническая сталь.
4. Стеклоткань.
5. Медные провода.
6. Несколько отверток.
7. Молоток.
8. Ножовка.

Рассматриваемый в данной инструкции сварочный аппарат будет работать с электродами диаметром до 4 мм. Он позволит варить металлические изделия толщиной до 2 см. Принципиальная схема такой установки показана на следующем изображении: Рис. 1. Сварочный аппарат питается от сети переменного тока. Подходят сети и на 220 В, и на 380 В.

В основе схемы этого сварочного аппарата лежит трехфазный понижающий трансформатор. Подойдет агрегат с характеристиками 380/36 В. Мощность устройства должна составлять 1-2 кВт. Особых требований к основе нет. Можно использовать даже экземпляр с одной сгоревшей обмоткой.

Сначала вам нужно взять трансформатор и снять вторичные обмотки с каждой катушки, не разбирая при этом сердечник. Далее, вы перекусываете медную шину в нескольких разных местах. Трогать первичные обмотки крайних катушек не надо. Среднюю следует перемотать тем же проводом. Через каждые 30 витков создавайте отводы. В сумме их получается в среднем 8-10 штук. Чтобы не запутаться, на каждый отвод рекомендуется надеть бирку с личным номером.

Далее, вам необходимо намотать вторичную обмотку на две крайние катушки до полного их заполнения. Для этого используйте силовой трехфазный многожильный кабель. Такое изделие должно содержать 3 провода диаметром порядка 7-8 мм и один немного меньшего диаметра. Подобный провод способен выдерживать высокое напряжение. Он характеризуется надежной изоляцией, а благодаря довольно большой гибкости у мастера появляется возможность сделать плотную намотку без необходимости предварительной разборки аппарата. Всего вы затратите примерно 25 м подобного кабеля. Вместо него можно использовать провод меньшего сечения, но в данном случае жилы необходимо будет сложить в 2 раза. Удобнее, если у вас будет помощник. Один сможет укладывать витки, а второй будет заниматься протягиванием провода.

Способы намотки обмоток на сердечнике стержневого типа.

Для изготовления клемм на выводы вторичной обмотки используйте медную трубку. Будет достаточно изделия длиной 3-4 см и диаметром 1-1,2 см. С одной стороны трубку нужно расклепать. В полученной пластине подготавливается отверстие 1 см в диаметре. С другой стороны нужно вставить предварительно зачищенные провода. Их следует обжать незначительными ударами молотка. На поверхности трубки делаются насечки керном. Это будет способствовать улучшению контакта.

Панель, которая находится наверху трансформатора, необходимо освободить от штатных винтов с гайками М6. Вместо них установите 2 новых винта М10. Лучше, если они будут медными. К этим винтам вы в дальнейшем подключите клеммы вторичной обмотки.

Под выводы первичной обмотки следует сделать дополнительную плату. Для ее создания используйте текстолит 3 мм в толщину. Плата прикрепляется к трансформатору. Перед креплением в ней необходимо просверлить 10 отверстий по 6 мм в диаметре каждое. В отверстия вставляются винты М6 с шайбами и гайками. В случае если вы будете подключать такой самодельный агрегат к 220 В, 2 крайние обмотки нужно соединять параллельно. Средняя последовательно подсоединяется к ним.

Оптимальной является схема, при которой сварочный аппарат питается от сети на 380 В. В данном случае вы сможете соединить все первичные обмотки последовательно. В соответствии с условиями схемы сначала надо соединить 2 крайние, а уже потом среднюю обмотку. Выводы крайних обмоток нужно подключить к общей клемме. Остальные подсоединяются на клемму «Резка».

Способы намотки обмоток для сварочного аппарата на тороидальном сердечнике.

Средняя обмотка нужна для уменьшения напряжения и тока во вторичной обмотке. Электродержатель изготавливается из трубы ¾ дюйма. Подойдет изделие длиной 25 см. На расстоянии в 3 и 4 см от краев трубы с ее обеих сторон нужно при помощи ножовки выпилить выемки. Глубина этих выемок должна составлять приблизительно половину диаметра трубы.

С целью обеспечения возможности прижатия электрода к держателю возьмите отрезок стальной проволоки и приварите его к трубе над выемкой большего размера. Проволока должна быть 6 мм в диаметре. С противоположной стороны вам нужно подготовить отверстие 8,2 мм в диаметре, взять винт М8 с гайкой и медную клемму, после чего подключить к держателю отрезок кабеля.

Кабель должен быть таким же, из которого была намотана вторичная обмотка. В завершение возьмите шланг из капрона или резины и наденьте его сверху на трубу. На этом сборка такого сварочного аппарата практически завершена. Нужно лишь разобраться, какие требования по условиям схемы предъявляются к подключению и работе с таким аппаратом.

Вернуться к оглавлению

Подключение и использование самодельного аппарата

Для понадобятся провода сечением от 1,5 мм2. Подключается агрегат через рубильник. Один провод пойдет на вывод «1» — «8» (конкретный выбирайте в соответствии с величиной сварочного тока), а второй вы пустите на клемму «Общ.».

Наиболее мощный ток вы сможете получить на клемме «Резка». На первичной обмотке ток будет не больше 25 А. По вторичной обмотке идет ток 60-120 А. Помните о том, что схема такого сварочного аппарата не предполагает его использования для выполнения больших объемов работ. Израсходовав 10-15 электродов на 3 мм в диаметре, обязательно дайте агрегату остыть. Если же вы работаете с электродами на 4 мм, давать аппарату отдыхать нужно будет еще чаще. Работа с электродами на 2 мм таких вынужденных перерывов не потребует.

Быстрее всего сварочный аппарат нагревается при работе в режиме «Резка». В данном случае он потребует гораздо более частого отдыха. Вы можете резать практически любой металл. С изделиями «бытовой» толщины аппарат справляется безо всяких проблем. При изменении режимов сварки обязательно отключайте сетевой рубильник ради собственной безопасности и сохранности инструмента.

Вернуться к оглавлению

Рисунок 2. Схема сварочного аппарата из автомобильных аккумуляторов.

Народные умельцы придумали самые разнообразные схемы сварочных агрегатов. При желании вы можете собрать сварочный аппарат даже из автомобильных аккумуляторов. При проведении сварочных работ электросети под нагрузкой в 3,5 кВ просаживаются по напряжению на 30 В и больше. Конечно же, вы могли бы потратить деньги на покупку отдельной электростанции для проведения работ со сваркой, но куда удобнее и выгоднее пойти другой дорогой.

Вам достаточно взять 3-4 аккумулятора на 55-190 А/ч (лучше, чтобы этот показатель был выше). Аккумуляторы соединяются последовательно. Для соединения подходят подручные материалы типа проводов, зажимных пассатижей, проводов прикуривания и т.д. Схема позволяет использовать для сборки сварочного аппарата уже бывшие в употреблении аккумуляторы. Собрать агрегат своими руками вам поможет принципиальная схема, представленная на следующем изображении: Рис. 2.

Абсолютно ничего сложного в конструкции такого сварочного аппарата нет. Схема предельно проста и понятна. Однако даже несмотря на такую легкость сборки и незатейливость конструкции, варит данный аппарат прекрасно. Не реже чем раз в неделю обязательно проверяйте уровень электролита. В течение рабочего дня аккумуляторы довольно сильно нагреваются, в особенности если на улице лето, и вода испаряется стремительными темпами.

Существуют усовершенствованные схемы рассматриваемого сварочного аппарата. К примеру, вы можете дополнительно собрать зарядное устройство для аппарата, которое избавит вас от необходимости заряжать каждый аккумулятор в отдельности. Достаточно поставить агрегат заряжаться на ночь, и уже утром вы сможете спокойно с ним работать.

Рисунок 3. Схема сборки сварочного автомата для мягкой сварки.

При работе с электродом на 3 мм такой сварочный аппарат развивает ток в 90-120 А. Аккумуляторы без проблем выдерживают и в 2 раза большую нагрузку, так что никаких проблем возникнуть не должно, если все будет сделано по условиям приведенной ранее схемы.

На выходе напряжение будет меняться в соответствии с количеством аккумуляторов, использованных для сборки аппарата. Меняется оно в диапазоне 42-54 В. Сила тока аппарата равняется 1/10 от емкости 1 аккумулятора в блоке. К примеру, если вы берете 55 А/ч, то зарядный ток будет составлять не более 5 А.

Вернуться к оглавлению

Схема и сборка автомата для мягкой сварки

Существуют проверенные схемы аппаратов с выпрямителями. Такие модели работают на постоянном токе. Они характеризуются более высокими эксплуатационными качествами, чем «переменники». Но и их также необходимо настраивать и доводить. Схема агрегата была несколько усовершенствована. Внесенные в состав схемы изменения позволили сделать сварочный процесс более мягким. Непосредственно принципиальная схема такого агрегата показана на следующем изображении: Рис. 3.

В состав аппарата включен конденсатор С1. Он размещается между отрицательным и положительным проводом выпрямленного тока. Применяется электролитический конденсатор на 15000 мкФ. Используйте устройство, рассчитанное на работу при напряжении в 100 В.

Благодаря такому конденсатору будет обеспечиваться надежный и одновременно плавный поджог дуги. В случае если вы ограничены в финансах или не можете найти подобный конденсатор, замените его на С1 = 50 мк х 160 В. Только в данном случае нужно устанавливать конденсатор уже в цепь положительного полупериода тока.