Сварочный инвертор своими руками: схемы и порядок сборки

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.

Общие сведения о сварочном инверторе

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.

Назначение и особенности функционирования

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:

1. Входное напряжение (сетевое питание сварочного инверторного аппарата 220 В переменного тока) преобразуется в постоянное.
2. Постоянный ток преобразовывается в высокочастотный переменный.
3. Происходит процесс преобразования напряжения путем его снижения.
4. Выпрямление тока и преобразование для сварочных работ с сохранением частоты.

Благодаря этим моментам происходит снижение массы и габаритов аппарата. Для того чтобы собрать инверторную сварку своими руками необходимо знать принцип работы этого аппарата.

Принцип работы оборудования

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.

Изготовление резонансного инвертора

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:

1. Для упрощения схемы ШИМ полностью исключить, так как потребуется стабилизированное напряжение, получаемое задающим генератором.
2. Использовать стабилитроны KC213 для предотвращения выхода из строя транзисторов.
3. Для снижения наводок и помех необходимо монтировать рядом с трансформатором силовые транзисторы высокочастотного типа.
4. Дорожки для силового моста и силового блока на плате из толстого текстолита (не менее 4 мм) необходимо сделать шире (протекают токи до 30 А) и залудить тугоплавким припоем (не менее 2 мм).
5. Кабель питания использовать не менее 3 квадратов.
6. Использовать двойную изоляцию (несгораемые слюдяные или стекловолоконные кембрики) для высоковольтных цепей.
7. Дроссель должен быть без металлического кожуха.
8. Хорошая постоянная вентиляция.
9. Силовые диоды (выходные) необходимо защитить от пробоя с помощью RC-цепочки.

После чего необходимо определиться с параметрами инверторной сварки своими руками. А также возможно использовать и такие характеристики:

1. Выходной ток нагрузки: от 5 до 120 А.
2. Напряжение (при холостом ходе): 90 В.
3. Продолжительность нагрузки может изменяться. Все зависит от диаметра электрода: 2 мм = 100%, 3 мм = 80%. Необходимо учесть влияние высокой температуры.
4. Входная сила тока: около 10А.
5. Приблизительная масса: около 3 кг.
6. Должен присутствовать регулятор силы тока при сварке.
7. Тип вольт-амперной характеристики, обеспечивающей работу в полуавтоматическом режиме: падающая.

Схема оборудования

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.

Предотвращение залипания электрода

Для этого случая применяется транзистор IRF510, являющиеся полевым. Кроме того, он обеспечивает еще плавный пуск и прерывание входа на микросхеме SG3524:

1. При высокой температуре срабатывает термодатчик.
2. Отключение при помощи тумблера.
3. Блокировка при КЗ (коротком замыкании).

Простой сварочный прибор

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.

Схема и комплектующие

Основным элементом является трансформатор, который достаточно тяжело сделать, но вполне реально.

Основные данные:

1. Состоит из ферритового сердечника (7×7 либо 8×8).
2. Первичная обмотка составляет примерно 100 витков и ее диаметр 0,3 мм.
3. Вторичные обмотки — 3 штуки: 15 витков и диаметр провода 1 мм; 15 витков — 0,2 мм; 20 витков — 0,35 мм.
4. Материалы для трансформатора: медные провода соответствующего диаметра, стеклоткань, текстолит, электротехническая сталь (для железняка), хлопчатобумажный материал.

Для четкого понимания принципа работы необходимо внимательно изучить схему основных узлов.

Рисунок 1 — Структурная схема инверторного сварочного аппарата

Пояснение к схеме:

1. Сетевой выпрямитель, выполняющий преобразования переменного напряжения в постоянное.
2. Сетевой фильтр сглаживает пульсации.
3. Преобразователь частоты выполняется на транзисторах.
4. Высокочастотный сварочный трансформатор участвует в преобразовании напряжения.
5. Силовой выпрямитель осуществляет выпрямление тока в постоянный заданной частоты.
6. Управление преобразователем частоты выполнено в виде регулятора для выставления режима работы.

Блок питания и силовая часть

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

Инверторный блок и охлаждение

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.

Пайка, настройка и проверка работоспособности

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:

1. Запитать прибор от сети.
2. Задать высокие показатели тока.
3. Сверить показания по осциллографу: в нижней петле напряжение около 500 В, но не более 550. При правильной сборке значение этого напряжение будет не менее 350 В.
4. Отсоединить осциллограф и отключить инвертор. Подготовить электроды.
5. Начинать производить сварочные работы и следить за трансформатором, если он закипает, то еще раз перебрать схему.
6. После 3−4 швов радиаторы нагреваются. Для охлаждения необходимо дать остыть прибору, не выключая его из сети (охлаждение выполнит свою функцию).

Если эта схема показалась очень сложной, то рассмотрим схему совсем простого устройства.

Простейшее инверторное устройство для сварки

Модель этого агрегата является очень простой и бюджетной. Собрать ее несложно благодаря простой принципиальной схеме.

Процесс всей сборки можно разделить на этапы, кроме того, необходимо собрать все детали, материалы:

1. Намотка трансформатора включает в себя: намотку медной жести 4 см и диаметром 0,3 мм, прокладки из бумаги для кассового аппарата или лакоткань, используя при повторной обмотке 3-и полоски, причем нужно и изолировать их. Вместо медной жести можно применить провод, состоящий из нескольких жил диаметром до 0,7 мм (I — 100 витков, II — 15, II — 15 II — 20).
2. Монтируется кулер.
3. Основа аппарата для сварки подсоединяется к трансформатору, состоящей из диодов, транзисторов.
4. Конденсаторы необходимы для ликвидации резонансных выбросов.
5. Необходимо использовать снабберы для рассеивания мощности (свв-81 и к78−2).
6. Установить все элементы на гетинаксовую плату, исходя из конфигурационных размеров.
7. Вывести светодиоды и переменный резистор (ручку) на панель настройки и индикации.
8. Поместить все это в корпус.

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:

1. Подключение 15 В к ШИМ.
2. Подключить реле после зарядки конденсаторов для замыкания резистора. При использовании напрямую существует вероятность взрыва!
3. При холостом ходе сила тока моста должна быть менее 100мА.
4. Проверка корректности установки фаз трансформатора, использовав осциллограф в 2-а луча. Выставить частоту ШИМ 55кГц и в этом случае напряжение не должно превышать 330 В.
5. Для определения частоты самого аппарата стоит снизить частоту ШИМ постепенно до тех пор, пока на IGBT не появится заворот, зафиксировав этот показатель (разделить на 2 и прибавить частоту насыщения). Это и есть рабочее колебание частот трансформатора.
6. Потребление моста 150мА.
7. Трансформатор не должен сильно шуметь, если шумовые эффекты имеются, то обратить внимание на полярность.
8. Повышать плавно ток инвертора переменным резистором. При этом показания осциллографа не превышают 550 В. Оптимальным является 340 В.
9. Начать сварку с 5 секунд и постепенно увеличить время. Варить не более 3 минут, давая остыть аппарату.

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.