Как соорудить простой сварочный инвертор своими руками?

Сварочный инвертор – удобный мобильный аппарат, работающий от сети 220В. Его легкая масса и небольшие размеры позволяют вести работу на любых строительно-ремонтных объектах и в домашних условиях.

Предназначен он для сварки на постоянном токе черных и цветных металлов. Комплектация состоит из 2 сварочных кабелей, щетка и инструкции. Установка специальной горелки позволит устройству работать в среде защитных газов.

Основные технические параметры, которым отвечает большинство инверторов:

• настройка сварочного тока в пределах от 20 до 250А;
• напряжение ХХ 50-70В;
• частота промышленная 50Гц;
• диаметр электрода 1,6-5мм;
• используемая мощность примерно 4-12кВт;
• рабочий цикл при 200А равен 60%;
• КПД 85%;
• вес от 3 до 12кг;

Кроме параметров, оборудование должно выполнять основные требования:

1. Мягкое зажигание и равномерное горение дуги.
2. Контроль мощности и силы тока.
3. Срабатывание защиты при коротком замыкании.
4. Качественное формирование наплавляемого валика.

Преимущества:

1. Экономия электроэнергии.
2. Простота в обращении.
3. Надежность и безопасность.

Перед сборкой нужно знать устройство

Различные типы и виды сварочных инверторов производят во всем мире. За короткий период времени они приобрели популярность среди людей. Важным фактором в этом сыграла доступность в цене.

Рассмотрим подробней, из чего сделаны самые распространенные маломощные агрегаты на примере COLT 1300 от итальянского производителя:

1. Корпус изготовлен из металлического защитного кожуха толщиной 1мм. Он одет на боковые панели.
2. На лицевую стенку выведены разъемы для подключения кабелей, регулятор силы тока, индикатор сети и защиты.
3. На задней части присутствует выключатель.
4. На всей оболочке выполнены технологические отверстия для вентиляции.
5. Внутри находится электрическая плата, на которой закреплены все детали схемы.

Такой вариант сборки наиболее удобный.

Китайцы делают начинку из 4,5 пластин. Это не относится к минусам, но при проектировке своего аппарата возьмем более простую идею.

Комплект состоит из следующих единиц:

• электроплита;
• 2 трансформатора;
• конденсаторы;
• радиаторы;
• вентилятор;
• поглощающий фильтр;
• диодный выпрямитель;
• транзисторы;
• блок управления;

Остальное  показано в спецификации.

Схемы

Одним из первых шагов изготовления инвертора – определение его рабочей схемы. Поскольку в интернете находится большое количество выбора, нет необходимости придумывать, что-то новое.

За основу будем продолжать использовать информацию об инверторе модели COLT1300, рабочая схема показана на рисунке 1:

Рис 1.

На рисунке 2 изображена схема блока управления процессами, проходящими в силовой части. У рассматриваемого типа аппарата схемы втиснуты на одну плату. Изменим это и блок управления сделаем на отдельной плате.

Рис.2

Разобьем основную схему на несколько частей и получим:

Силовая часть и драйверы транзисторов:

Источник питания силовой части:

Сварочный инвертор с шип контролером:

Блок питания инвертора:

Для изготовления электрических 4 плат, потребуется следующее:

• текстолит  FR4 150×250мм (2мм);
• перманентный черный маркер;
• лимонная кислота и перекись водорода;
• флюс паяльный ЛТИ-120;
• сверло диаметром 1мм и 2мм;

В программе Dip Trace чертим силовую схему:

Преобразовываем в плату:

В конце получится рисунок:

Пример показан на более простой схеме. Скачать учебник для работы в Dip Trace можно на сайте Full-Chip.net. В нем последовательно описывается каждая операция для печати микросхем.

Полученное изображение макета надо распечатать на лазерном принтере, это обязательное условие, чернило, не даст нужный эффект:

1. Подготовим текстолит. Слегка зачистить мелкозернистой наждачной бумагой до яркой поверхности. Прикладываем к пластине напечатанный макет и сверху заворачиваем еще одним слоем газетной бумаги.
2. Прикладываем горячий утюг и ждем 15-20 секунд. Даем постепенно остыть, затем что бы легко было отдирать, замачиваем водой. Если на каком-то участке связь плохо пропечаталась, дорисовываем черным маркером.
3. Готовим ванну для травления платы. В раствор входит лимонная кислота, перекись водорода и вода. Емкость достаточного размера, чтобы плата могла полностью в нее войти. С этой смесью надо соблюдать осторожность, работать в резиновых перчатках. Размешивать только деревянными предметами, металлическими нельзя.
4. Дальше все это надо поставить в теплое место или в таз с теплой водой. Контролируя процесс можно увидеть, когда не окрашенный медный налет сойдет, тогда можно доставать деталь.
5. Высушиваем схему и снимаем наждачной бумагой маркер. Покрываем поверхность флюсом ЛТИ-120. Что бы ни дать окислятся дорожкам, их надо осторожно полудить до приятного блеска.

Итак, получаем две платы на силовую схему и блок управления.

Необходимые материалы, детали и инструменты

Для сборки самодельного инвертора потребуется набор инструментов:

• паяльник;
• отвертка;
• плоскогубцы;
• кусачки;
• болгарка с отрезным и засечным кругами;

Список материала:

• металл толщиной 1мм, для изготовления корпуса и кожуха;
• саморезы;
• медные провода;
• готовые платы для деталей;
• олово, припой;
• ферритные кольца для трансформатора;
• теплопроводная паста КПТ-8;
• ферритовый сердечник;
• катушка провода ПЭТВ d=1,5 для обмотки трансформатора;

И список деталей:

• силовые диоды VS-150 EBUO4;
• транзисторы IRG4PC50UDPBF IGBT 600В 55А 60кГц;
• высокоскоростной ШИП – контролер для импульсных источников питания UC3825N;
• реле мягкого пуска Finder, с шагом 3,5 16А 250В;
• резистор силовой SQP3BT 47Ом;
• фильтр подавления ЭМП B82731-N2102-A20;
• конденсаторы 470мКф 450В серия LS 35×45;
• радиаторы Hs 113-50 50x85x24;
• вентилятор DEEPCOOL WIND BLADE 80, 80мм;
• диодный мост КЦ405 90-92;

Сборка, пошаговая инструкция

Начинаем сборку с конструкции корпуса. Размечаем на металлическом листе две части оболочки. На рисунке изображены п-образные заводские половинки.

В домашних условиях сделать точно такие кожуха невозможно, но по примеру можно попытаться:

Разъяснение:

1. Размеченный лист режим болгаркой, а затем гнем на гибочном самодельном станке.
2. Внутрь основания устанавливаем перемычки, на которых будут платы.
3. На Ш – образные пластины наматываем обмотки. Первичная обмотка – 100 витков, между слоями подкладываем прокладку, тонкую, плотную бумагу. Вторичная обмотка – 50 витков.
4. Устанавливаем с помощью паяльника и припоя детали на приготовленные платы по схемам.
5. Транзисторы и диоды устанавливаем на радиаторы. Между ними наносим теплопроводную пасту КПТ-8.
6. Схемы соединяем изолированными проводниками. Не так важен диаметр, как длина, которая не должна превышать 140мм. Провода должны быть скручены между собой.

Похожий пример сборки указан на изображении:

Настройка инвертора

Настройку преобразователя будем проводить в диапазоне 20-85кГц:

1. Даем нагрузку на обмотку понижающего трансформатора.
2. Сравниваем вид сигнала с правильным рисунком

Разъяснения:

1. Ступенька смены полярности должна быть не меньше 1,2мкс.
2. Важно настраивать аппарат под нагрузкой для получения максимальных параметров собранного оборудования.
3. К выходам подключаем примерное сопротивление в 0,14Ом.
4. Дальше подключаем генератор, к диодному мосту рассчитывая фазы.
5. Питание должно быть 12-25В во вторичную обмотку силового трансформатора подключаем лампочку.
6. Регулируя частоту, добиваемся наиболее яркого горения дуги.
7. В случае поломки транзистора или диода придется производить замену сгоревшей детали.
8. Настройку провести заново.

Напряжение на выходе стабилизаторов должно быть +15В и -15В.

На резисторе перед драйвером подключаем потенциометр регулятора тока на минимум.

Имитируем увеличение тока. На выходе, напряжение повышается до 5В. ШИМ-сигнал выдает частоту 30кГЦ.

При повышении тока, напряжение повышается, а сигнал частоты становится меньше. В конце. настройку проводить с инвертором. Настраиваем максимальный ток, затем с помощью потенциометра устанавливаем частоту ШИМ-сигнала равной 30кГц.

Правила использования

Сварочное оборудование требует к себе ответственное отношение:

1. Перед работой подготовьте рабочие место. Нормально когда много свободного пространства.
2. Инвертор плохо реагирует на перепады температур, погодные условия.
3. Избегайте пыли. Она очень хорошо проводит ток. На промышленных предприятиях есть сжатый воздух, которым можно продувать оборудование.
4. Не перегревайте аппарат. Интенсивные электрические процессы, протекающие в схемах, приводят к большому их нагреву. Перегоревшая деталь – частая проблема поломки. В среднем, непрерывная работа длится 5-6 минут.
5. Выбор проводов для кабелей зависит от толщины электрода. Для бытовых потребностей используйте диаметр 3мм. Сварка таким диаметром позволит использовать тонкие и легкие кабеля. Их длина не должна быть больше 1,5м.
6. Перед работой проводится проверка всех соединений проводов, чтобы избежать нарушений с подачей тока.
7. Присоедините плюс к металлу, минус на держателе. Включите аппарат в розетку и нажмите кнопку пуск на задней панели. Настройте сварочный ток. Его сила должна быть достаточной, чтобы расплавлять, но не пережигать металл.
8. Работать требуется в специальной, негорящей одежде, в рукавицах и щитке.

Затраты при самостоятельной сборке

В данном разделе приводится подсчет средств, вложенных в сборку сварочного инвертора. В списке приведены основные элементы оборудования. Все, что не вошло в список, имеет малое значение.

Цена, напротив, указана за одну единицу:

• теплопроводная паста – КПТ-8 200р;
• ферритовый сердечник – 170р;
• катушка провода – ПЭТВ d=1,5 для обмотки трансформатора 550р;

И список деталей:

• силовые диоды VS-150 EBUO4 390р-1шт;
• транзисторы IRG4PC50UDPBF IGBT 600В 55А 60кГц 230-1шт;
• высокоскоростной ШИП – контролер для импульсных источников питания UC3825N 300р-1шт;
• реле мягкого пуска Finder, с шагом 3,5 16А 250В 70р;
• резистор силовой SQP3BT 47Ом 9р;
• фильтр подавления ЭМП B82731-N2102-A20 57р;
• конденсаторы 470мКф 450В серия LS 35×45 770р-1шт;
• радиаторы Hs 113-50 50x85x24 180р-1шт;
• вентилятор DEEPCOOL WIND BLADE 80, 80мм 260р;
• диодный мост КЦ405 90-92 27р;

Принцип действия

Инвертор – источник питания электрической дуги. Обладая малыми габаритами, он обеспечивает стабильное горение электрода. Поддерживать эти процессы удается несколько раз выпрямленному и преобразованному напряжению.

Сравним обычный трансформатор с его конкурентом. Первый служит для понижения напряжения сети до 60В. Мощная медная обмотка позволяла после этого пропускать высокий ток. Простая конструкция имеет минусы – расход меди, большой вес.

Убрать эти 2 недостатка получилось с помощью повышения рабочего импульса с 0,05кГц до 65кГц.

Упрощенная схема изменения энергии показана на рисунке:

Разъяснения схемы:

1. Напряжение сети 220В с колебанием 50Гц проходят через диодный выпрямитель. Это делается для питания транзисторов, на которых собрана инверторная схема.
2. Под сглаженное напряжение они переключаются с огромной скоростью.
3. Включение-выключение контролирует специальные драйвера и система управления.
4. Полученная частота в зависимости от качества транзисторов увеличивается во много раз.
5. Схема инвертора подключена к трансформатору. Он принимает около 60-65кГц и по законам физики маленький, и легкий он может выдать ток такой же силы, как и его большой брат.
6. К трансформатору подключен второй набор диодов. Поскольку частота увеличена на этот выпрямитель, устанавливаются более мощные двойные диоды.
7. Пройдя эти все ступени, сварочный ток зажигает дугу и создает условия для качественного процесса сварки.