Инверторные сварочные аппараты получили широкое применение в строительной сфере благодаря их высокой производительности и небольшому весу. Однако не каждый может позволить себе такой инструмент. Единственный выход — сделать сварочный инвертор своими руками. В интернете существует множество схем таких устройств. Многие из них отличаются сложностью и высокими затратами, но есть и бюджетные модели.
Традиционные сварочные аппараты имеют достаточно низкую цену, легкую ремонтоспособность, однако очень существенный недостаток не только их вес, но и зависимость от напряжения. Ввод электронного счетчика ограничен мощностью от 4 до 5 кВт. Для сварки толстого металла аппарат потребляет значительную мощность и зачастую выполнение работ становится невозможным. На смену им пришли инверторные сварочные аппараты.
Применяется для проведения сварочных работ в домашних условиях, а также на предприятиях, обеспечивает стабильное горение и поддержание сварочной дуги, используя ток высокой частоты (отличной от 50 Гц).
Сварочный инвертор является обыкновенным импульсным блоком питания, работа которого основана на следующих принципах:
Благодаря этим моментам происходит снижение массы и габаритов аппарата. Для того чтобы собрать инверторную сварку своими руками необходимо знать принцип работы этого аппарата.
В предыдущих моделях основным элементом являлся огромный мощный силовой трансформатор, позволяющий получать во вторичной обмотке мощные токи, необходимые для сварочных работ. Для получения такой силы тока необходимо использовать провод большим диаметром, что сказывается на весе сварочного аппарата.
С изобретением импульсного блока питания решить проблему с массой и размерами оказалось проще, ведь размеры и вес самого трансформатора снижаются в несколько десятков или сотен раз.
Например, при увеличении частоты в 6 раз можно снизить габариты трансформатора в 3 раза. Это приводит к значительной экономии материала.
Благодаря мощным ключевым транзисторам, применяемым в инверторной схеме, происходит переключение с частотой от 50 до 80 кГц. Эти транзисторы работают только от постоянного напряжения.
Как известно из курса физики, для получения постоянного напряжения применяется простейший полупроводниковый прибор — диод. Диод пропускает ток в одном направлении, отсекая отрицательные значения синусоидального напряжения. Но применение одного диода приводит к большим потерям, поэтому применяется группа, состоящая из мощных диодов, которая называется диодным мостом.
На выходе диодного моста получается постоянное пульсирующее напряжение. Для получения нормального постоянного напряжения применяется конденсаторный фильтр. После этих преобразований на выходе фильтра появляется напряжение постоянного тока свыше 220 В.
Блок, состоящий из выпрямительного моста и фильтрующих элементов, называется блоком питания (БП).
БП служит источником питания инверторной схемы. Транзисторы подключены к понижающему трансформатору, который является импульсным и работает на частотах в диапазон от 50 до 90кГц. Мощность такого трансформатора примерно такая же, как и у его огромного собрата — сварочного силового трансформатора.
Модернизация такого прибора становится более легкой, потому что благодаря его размерам и массе, появляется дополнительные возможности по увеличению стабильности работы сварочного аппарата.
Существует огромное количество изготовления самодельных сварочных инверторов, схемы которых разнообразны по функциональности и способам монтажа. Разберем каждую из самодельных моделей подробно.
За основу необходимо использовать блок питания компьютера форм-фактора AT, от которого потребуется кулер и радиаторы. Детали берутся из элементарной базы мониторов и телевизоров, в противном случае, если их нет, то покупаются на рынке.
Все компоненты имеют низкую стоимость.
Рекомендации по изготовлению:
После чего необходимо определиться с параметрами инверторной сварки своими руками. А также возможно использовать и такие характеристики:
Основная часть — задающий генератор собран на микросхеме SG3524, которая применяется во всех источниках бесперебойного питания. Инвертор обладает низкой потребляемой мощностью около 2,5 кВт, благодаря чему, возможно применение в квартире.
Трансформатор необходимо собрать на сердечниках типа Е42, который применяется в старых ламповых мониторах. Для изготовления необходимо примерно 5 штук таких трансформаторов.
Еще один трансформатор следует использовать для дросселя. Остальные элементы индуктивности собираются из сердечника типа 2000НМ. Диоды и транзисторы необходимо установить на радиаторы с термопастой КТП-8 или другого типа. Напряжение холостого хода примерно равно 36 В с длинной дуги от 4 до 5 мм, что позволяет работать с ним начинающим строителям. Выходные кабели следует уложить в ферритовые трубки или кольца из феррита блока питания.
Конструктивной особенностью схемы является возникновение максимального тока в I обмотке во время резонанса.
Схема 1 — Схема сварочного резонансного инвертора
Благодаря малому весу и габаритам появляется возможность модернизировать аппарат.
Для этого случая применяется транзистор IRF510, являющиеся полевым.
Кроме того, он обеспечивает еще плавный пуск и прерывание входа на микросхеме SG3524:
Эта модель рассчитана на напряжение 220 В и ток величиной в 32А, после преобразования его величина достигнет 280А. Такого значения вполне достаточно для прочного шва на расстоянии до 1,5 сантиметра.
Основным элементом является трансформатор, который достаточно тяжело сделать, но вполне реально.
Основные данные:
Для четкого понимания принципа работы необходимо внимательно изучить схему основных узлов.
Рисунок 1 — Структурная схема инверторного сварочного аппарата
Пояснение к схеме:
Блок, состоящий из трансформатора, выпрямителя и фильтра (или системы фильтров) выполняется отдельно от силовой части.
Схема 2 — Принципиальна схема БП
Проводники (длиной не более 15 см) для управления затворками транзисторов необходимо припаивать поближе к последним, причем проводники соединяются попарно между собой, сечение их не играет роли.
Основой силового блока является понижающий трансформатор с сердечником Ш20×208 2000 нм, причем II обмотка наматывается в несколько слоев провода, изоляция которого не повреждена. На вторичку необходимо мотать следующим образом, изолируя слои: 3 слоя, а затем прокладка-фторопласт, затем опять 3 слоя и снова прокладка-фторопласт. Это делается для увеличения сопротивляемости перегрузкам. После чего на II обмотку поставить конденсатор не меньше 1000 В.
Для обеспечения циркуляции воздуха между слоями обмоток необходимо собрать на ферритовом сердечнике трансформатор тока, подключенный к плюсу, и его сердечник следует обмотать термобумагой (кассовая лента). Выпрямительные диоды прикрепить на радиатор.
Схема 3 — Силовая часть инвертора
Основным предназначением инверторного блока является процесс преобразования постоянного в переменный высокочастотный ток.
Применяются для этого мощные транзисторы, хотя в некоторых случая возможна замена более мощного на 2 или более транзисторов средней мощности.
Немаловажным элементом всего устройства является достаточно хорошее охлаждение. Для этого следует использовать кулера с компьютерной техники, но не следует ограничиваться одним, ведь необходимо обеспечить достаточное охлаждение для силовой схемы, радиаторы которой служат для отвода тепла, но это тепло необходимо рассеивать. Для полной защиты необходимо вмонтировать термодатчик (устанавливается на нагревательном элементе), благодаря которому будет размыкаться питание от сети.
Ключевым фактором является пайка, ведь при правильном размещении деталей зависит размер всего изделия и возможность оптимального охлаждения. Диоды и транзисторы устанавливают на встречном направлении друг к другу. Входная цепь расчитывается с запасом, примерно на 300 В.
Для настройки функционирования необходимо подключить широтно-импульсный модулятор к 15 В для запитки кулера.
Реле включается вместе с резистором R11 и должно выдавать 150мА.
После проведенных манипуляций необходимо приступить непосредственно к проверке работоспособности устройства:
Если эта схема показалась очень сложной, то рассмотрим схему совсем простого устройства.
Модель этого агрегата является очень простой и бюджетной.
Процесс всей сборки можно разделить на этапы, кроме того, необходимо собрать все детали, материалы:
Схема 4 — Схема самого простого сварочного инвертора своими руками
После сборки аппарат необходимо настроить и произвести диагностику при первом запуске для выявления погрешностей работы.
Настройка инвертора:
Таким образом, собрать инвертор для сварки можно и своими руками. Необязательно использовать сложные схемы, ведь радиолюбители нашли оптимальное решение в бюджетном варианте. А уровень сложности схем варьируется от достаточно сложных до простых. Для сборки сварочного инвертора своими руками необязательно покупать дорогие детали, а можно использовать подручные средства.
Сделать сварочный инвертор своими руками – задача вполне посильная даже для человека, поверхностно знакомого с электроникой.
Главное, понимать, как работает устройство, и чётко следовать инструкциям.
Многие думают, что самодельные приборы не позволят им проводить эффективные сварочные работы.
Однако правильно сделанный инвертор не только будет работать не хуже серийного, но и поможет вам сэкономить кругленькую сумму.
Для того чтобы создать самый простой сварочный инвертор самостоятельно, вам понадобятся:
Всё это вам стоит подготовить, чтобы собрать сварочный инвертор, схема такого устройства будет включать:
При такой сборке инвертор будет иметь следующие характеристики:
Очень важно правильно сделать трансформатор для блока питания. Он будет обеспечивать подачу стабильного напряжения. Трансформатор мотается на феррите шириной 7х7, всего формируется 4 обмотки:
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 .
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.
Силовой блок снижает напряжение тока, но увеличивает его силу. Его основой тоже является трансформатор. Для него нужны 2 сердечника шириной 20х208 2000 нм. Обматывать такой трансформатор нужно медной полосой шириной в 40 мм и толщиной в четверть миллиметра.
Для обеспечения термоизоляции каждый слой обматывайте износоустойчивой термобумагой. Вторичную обмотку формируйте из трёх медный полос, изолируемых с помощью фторопластовой ленты.
Распространённой ошибкой является создание обмотки понижающего трансформатора из толстой проволки. Этот трансформатор работает с высокочастотным током, поэтому оптимально будет использовать широкие проводники.
Любой инвертор должен преобразовывать постоянный ток. Для выполнения этой функции используются открывающие и закрывающие трансформаторы с высокой частотой.
Вот схема этого блока:
Схема этого блока не так проста, как предыдущая. А всё из-за того, что эту часть стоит собирать на основе нескольких мощных трансформаторов. Это позволит сбалансировать частоту, а также значительно снизит уровень шума при сварочных работах.
Чтобы свести к минимуму резонансные выбросы трансформатора и снизить потери в транзисторном блоке, в эту схему добавлены соединённые последовательно конденсаторы.
Аппарат сильно нагревается при инверторной сварке, поэтому вам нужно сделать систему охлаждения. Перенагревание может привести даже к выходу всего устройства из строя, поэтому, кроме радиаторов, используются вентиляторы. Мощный вентилятор сможет охладить всю систему, его следует устанавливать напротив понижающего трансформатора. Если вы используете вентиляторы малой мощности, то вам понадобится около 6 штук.
Не забудьте установить на самый нагревающийся радиатор термодатчик, который сработает в случае перегрева и выключит всю систему. Также установите заборщики воздуха, это позволит вентиляции работать лучше.
Для финальной сборки вам нужен будет качественный корпус. Вы можете либо купить его, либо самостоятельно собрать, используя тонкие листы металла. Транзисторные блоки закрепляйте с помощью скоб.
Используя текстолит, создайте электронные платы. Во время монтажа магнитопроводов сделайте между ними зазоры для циркуляции воздуха.
Вам нужно будет приобрести и установить на ваш инвертор ШИМ-контроллер, который будет стабилизировать силу и напряжение тока. Также на лицевой части инвертора закрепите элементы управления: тумблер для включения/выключения устройства, сигнальные светодиоды, зажимы для кабелей и ручку переменного транзистора.
Сделать инвертор своими руками, конечно, важно, но также важно правильно провести его диагностику. Для начала подайте небольшой ток в 15 В на ШИМ-контроллер и вентилятор. Таким образом вы проверите работоспособность контроллера и не допустите перегрева при тестах.
После заряда конденсаторов подавайте ток на реле, отвечающее за замыкание резистора. Ни в коем случае не подавайте ток напрямую — может произойти взрыв. Проверьте, замкнулся ли резистор, после того как реле сработает. Также при его срабатывании на плате ШИМ сформируются прямоугольные импульсы, поступающие к оптронам. Точно так же проверьте правильность сборки диодного моста.