В основу силовой части нашего самодельного сварочного полуавтомата инверторного типа взята схема асимметричного моста, или как его еще называют, “косой мост”. Это однотактный прямоходовый преобразователь. Преимущества такой схемы – простота, надежность, минимальное количество деталей, высокая помехоустойчивость. До сих пор многие производители выпускают свои изделия по схеме “косого моста”. Без недостатков тоже не обойтись – это большие импульсные токи от блока питания, меньший, чем в других схемах, КПД, большие токи через силовые транзисторы.
Блок-схема прямоходового преобразователя “косой мост”
Блок схема такого аппарата показана на рисунке:
Транзисторы силовые VT1 и VT2 работают в одной фазе, т.е.одновременно открываются и закрываются, поэтому по сравнению с полным мостом ток через них в два раза больше. Трансформатор TT обеспечивает обратную связь по току. Узнать больше о всех типах инверторных преобразователей для сварочных аппаратов можно из книги самодельные сварочные аппараты полуавтоматы схемы.
Способы переделки из инвертора
Для начала, рассмотрим возможные варианты превращения инвертора в сварочный полуавтомат.
Способ 1
Для создания полуавтомата обязательно понадобится так называемое головное устройство. Это, собственно, сварочный аппарат, который и будет формировать рабочие параметры для возникновения дугового разряда. В качестве такого головного устройства подойдет не каждая модель инвертора.
Необходимо выбрать достаточно мощный сварочный аппарат. Его вольт-амперные характеристики можно изменить при помощи контроллера широтно-импульсной модуляции. Однако, во-первых, такое устройство есть не у каждого домашнего мастера. Во-вторых, процесс проведения измерений весьма долгий и трудоемкий. Наконец, провести все исследования сможет только человек с достаточно высоким уровнем знаний в электротехнике.
Так как вариант с ШИМ-контроллером не будет доступен среднестатистическому сварщику, рекомендуется пойти более простым путем. Во-первых, выбранный аппарат-донор должен нормально выполнять все необходимые операции. Во-вторых, для создания самодельного полуавтомата понадобится дроссель. Данную деталь, предназначенную для ламп дневного света, можно купить в любом магазине запчастей. Выходное напряжение дросселя используется в качестве входа обратной связи. Как именно сделать схему подключения и провести необходимые монтажные операции, показано в ролике ниже.
Способ 2
Данный вариант создания самодельного полуавтомата подойдет только счастливым владельцам качественного оборудования. А именно, инверторов, способных работать в режиме строго заданной вольт-амперной характеристики. Сварочники такого класса дорогие, однако максимально подходят для решения поставленной задачи.
Чтобы сделать собственный полуавтоматический аппарат, потребуется:
- купить механизм подачи проволоки, в комплекте к которому поставляются все необходимые провода и коммутационные разъемы;
- подключить механику подачи к инверторному сварочному аппарату;
- подобрать вольт-амперную характеристику для работы с конкретным типом проволоки.
Механизм подачи проволоки с Aliexpress
В сущности, механизм подачи выступает в роли приставки, которая расширяет возможности сварочного инвертора. Однако такая схема обладает повышенной надежностью, не требует от пользователя специальных знаний. Кроме этого, полученный полуавтомат показывает максимальный уровень гибкости и неприхотливости: может быть быстро настроен для работы с конкретным материалом и проволокой.
Способ 3
Данный способ потребует от пользователя немалой подготовки. Во-первых, ему понадобится найти не среднестатистический инверторный сварочный аппарат подходящей мощности. Необходимо выбрать как можно более простого донора определенного класса. Идеальным будет аппарат, у которого:
- есть шунт на выходе;
- в блоке первичного преобразования используется трансформатор тока;
- компоновка ZX-7.
Рекомендуется выбирать аппараты без дополнительных опций контроля и функционала для облегчения жизни сварщика. У инвертора не должно быть никаких горячих стартов, простого поджига, форсажа дуги.
Для создания собственного самодельного полуавтомата потребуется точно установить вольт-амперные параметры выбранного инвертора. Также понадобится сделать настройку нарастания тока. Порядок и списочный состав необходимых работ не универсальный. Он отличается у разных моделей инверторов.
Вольт-амперная характеристика сварочного инвертора
Плата управления
На плате управления установлены следующие узлы инвертора: задающий генератор с трансформатором гальванической развязки, блоки обратной связи по току и напряжению, узел управления реле, блок термозащиты, блок “антистик”.
Печатная плата блока управления в формате .lay
Задающий генератор
Узел регулировки тока (для режима MMA) и задающий генератор (ЗГ) собраны на микросхемах LM358N и UC2845. В качестве ЗГ выбрана UC2845, а не более распространенная UC3845 ввиду более стабильных параметров первой.
Частота генерации зависит от элементов С10 и К19, и рассчитывается по формуле: f = (1800/(R*C))/2, где R и С в килоомах и нанофарадах, частота в килогерцах. В данной схеме частота составляет 49КГц.
Еще один важный параметр – коэффициент заполнения, рассчитываемый по формуле Кзап = t/T. Он не может быть более 50%, и на практике составляет 44-48%. Зависит он от соотношения номиналов С10 и R19. Если конденсатор брать как можно меньше, а резистор – как можно больше, то Кзап будет близок к 50%.
Сформированные ЗГ импульсы подаются на ключ VT5, работающий на трансформатор гальванической развязки T1 (ТГР), намотанный на сердечник EE25, применяемый в электронных блоках запуска люминесцентных ламп (электронных балластах). Все обмотки удаляются и наматываются новые согласно схеме. Вместо транзистора IRF520 можно использовать любой из этой серии – IRF530, 540, 630 и др.
Datasheet BS170 Datasheet IRF520 Datasheet LM358N Datasheet UC2845 Документация на малогабаритные сердечники EE, EI и другие
Обратная связь по току
Как упоминалось ранее, для дуговой сварки важно стабильный ток на выходе, для полуавтоматической – неизменное напряжение. На трансформаторе тока TT организована обратная связь по току, он представляет собой ферритовое кольцо типоразмера К 20 х 12 х 5, одетое на нижний (по схеме) вывод первичной обмотки силового трансформатора. В зависимости от тока первичной обмотки T2 ширина импульсов задающего генератора уменьшается или увеличивается, поддерживая выходной ток неизменным.
Обратная связь по напряжению
Сварочный полуавтомат инверторного типа требует ОС по напряжению, для этого в режиме MAG переключателем S1.1 напряжение с выхода устройства подается на узел регулировки выходного напряжения, собранного на элементах R55, D18, U2. Мощный резистор К50 задает начальный ток. А контактами S1.2 ключ на транзисторе VT1 закорачивает на максимум тока регулятор R2, и ключ VT3 отключает режим “антистик” (отключение ЗГ при залипании электрода). Документация на управляемый стабилитрон KA431 Документация на оптрон EL817
Блок термозащиты
Самодельный сварочный полуавтомат имеет в составе схему защиты от перегрева: это обеспечивает узел на транзисторах VT6, VT7. Датчики температуры на 75 град.С ( их два, нормально замкнутые, соединены последовательно) установлены на радиатор выходных диодов и на один из радиаторов силовых транзисторов. При превышении температуры транзистор VT6 закорачивает на землю вывод 1 UC2845 и срывает генерацию импульсов.
Узел управления реле
Данный блок собран на микросхеме DD1 CD4069UB (аналог 561ЛН2) и транзисторе VT14 BC640. Эти элементы обеспечивают следующий режим работы: при нажатии на кнопку сразу включается реле клапана газа, примерно через секунду транзистор VT17 позволяет запуститься генератору и одновременно включается реле протяжного механизма.
Непосредственно реле, управляющие “протяжкой” и клапаном газа, а также вентиляторы питаются от стабилизатора на МС7812, смонтированном на плате управления.
Выбор комплектующих
Если потребовалась переделка ручного инверторного аппарата в полуавтомат, то предстоит найти некоторые комплектующие. Также потребуется и определенное оборудование, без которого изготовить самодельный сварочный полуавтомат своими руками не получится. Для проведения этих работ необходимы следующие детали:
Инвертор, позволяющий получить ток силой не менее 150 ампер.- Механизм равномерной подачи проволоки.
- Горелка.
- Рукав для подачи защитного газа в рабочую зону.
- Электронный блок управления.
При изготовлении самодельного полуавтомата из инвертора особое внимание стоит уделить подающему механизму, чтобы шов был максимально качественным. Так как при сварке используется различная проволока, отличающаяся не только диаметром, но и материалами, необходимо предусмотреть возможность регулировки скорости ее подачи.
Силовой блок на транзисторах HGTG30N60A4
C выхода ТГР импульсы, предварительно сформированные драйверами на транзисторах VT9 VT10, подаются на силовые ключи VT11, МЕ12. Параллельно выводам коллектор-эмиттер этих транзисторов подключены “снабберы” – цепочки из элементов С24, D47, R57 и C26, D44, R59, служащие для удержания мощных транзисторов в области допустимых значений. В непосредственной близости от ключей установлен конденсатор С28, собранный из 4-ёх емкостей 1мк х 630v. Стабилитроны Z7, Z8 необходимы для ограничения напряжения на затворах ключей на уровне 16 вольт. Каждый транзистор установлен на радиатор от компьютерного процессора с вентилятором. Документация на транзисторы HGTG30N60A4 Печатная плата силового блока в формате .lay
Силовой трансформатор и выпрямительные диоды
Основной элемент схемы сварочного полуавтомата – мощный выходной трансформатор T2. Он собран на двух сердечниках E70, материал N87 фирмы EPCOS.
Расчет сварочного трансформатора
Витки первичной обмотки рассчитаны по формуле: N = (Uпит * tимп)/(Bдоп * Sсеч), где Uпит = 320B – максимальное напряжение питания; tимп = ((1000/f)/2)*К – длительность импульса, К = (Кзап*2)/100 = (0,45*2)/100 = 0,9 tимп = ((1000/49)/2)*0,9 = 9,2; Вдоп = 0,25 – допустимая индукция для материала сердечника; Sсеч = 1400 – сечение сердечника. N = (320 * 9.2)/(0,25 * 1400) = 8.4, округляем до 9 витков. Отношение витков вторички к первичке должно быть примерно 1/3, т.е. мотаем 3 витка вторичной обмотки.
Силовой трансформатор можно мотать и на другом типоразмере, расчет витков осуществляется по приведенной выше формуле. Например, для сердечника 2 х Е80 при f = 49Khz витков в первичке: 16, вторичке: 5.
Документация на крупногабаритные Ш-образные сердечники EPCOS
Выбор сечения проводов первичной и вторичной обмоток, намотка трансформатора
Сечение проводов выбираем из расчета 1мм.кв = 10А выходного тока. Данный аппарат должен выдавать в нагрузке примерно 190А, поэтому берем сечение вторички 19мм.кв (жгут из 61 провода диаметром 0,63мм). Сечение первички выбирается в 3 раза меньше, т.е. 6мм.кв. (жгут из 20 проводов диаметром 0,63мм). Сечение провода в зависимости от его диаметра рассчитывается как: S = D²/1,27 где D – диаметр провода.
Намотка производится на каркас из текстолита 1мм, без боковых щечек. Каркас одет на деревянную оправку по размерам сердечника. Мотается первичная обмотка (все витки в один слой). Затем 5 слоев плотной трансформаторной бумаги, наверх – вторичная обмотка. Витки сжаты пластмассовыми стяжками. Затем каркас с обмотками снимается с оправки и пропитывается лаком в вакуумной камере. Камера была сделан из литровой банки с плотной крышкой и выведенным шлангом, одетым на всасывающую трубку компрессора от холодильника (можно просто опустить транс в лак на сутки, думаю, тоже пропитается).
При установке трансформатора на плату под боковые керны ложим банкоматовский чек (делаем зазор примерно 0,05мм). После установки на плату транс сжимается пластиной на двух шпильках. От паразитных высокочастотных выбросов высокого напряжения на выводы вторичной обмотки одеваются ферритовые трубки (такие, как стоят на компьютерном видеокабеле ), а диоды зашунтированы цепочками R64, С33 и R65 C34.
Один вывод “первички” продет через кольцо трансформатора тока ТТ.
Схема сварочного полуавтомата – выпрямительные диоды
Выпрямительный блок нашего самодельного устройства собран на трех мощных диодах 150EBU04, установленных на общий радиатор с вентилятором. Дроссель для сварочного полуавтомата намотан на железе от трансформатора ТС-180, содержит 12 витков провода сечением 20мм.кв. Зазор между половинами сердечника 1,5мм.
Даташит на диоды 150EBU04
Модернизация устройства
В процессе работы силовой блок инверторного полуавтомата будет нагреваться, что может привести к поломкам инвертора и плат управления. Ремонт агрегата после таких поломок будет крайне сложен. Чтобы избежать подобного необходимо установить внутри инвертора и системного блока термодатчики и кулеры, которые смогут эффективно охлаждать работающее оборудование.
Можно использовать оптронную пару, которая подключается в общий блок управления работы оборудования. При превышении температуры внутри инвертора датчики будут посылать соответствующие сигналы на исполнительное реле, отключающее подачу электроэнергии вплоть до полного охлаждения устройства.
Дополнительно для охлаждения системного блока можно использовать различные кулеры от старых компьютеров. Кулеры будут различаться своими размерами. Можно подобрать вентилятор, который справится с качественным охлаждением системного блока, внутри которого располагается инвертор и другая автоматика. Используемый кулер подключается к 12 вольтовому блоку питания напрямую или через термодатчик, который при увеличении температуры внутри корпуса будет посылать сигнал на подачу напряжения. Блок управления включит вентилятор, что гарантирует быстрое охлаждение корпуса полуавтоматического аппарата.
Сборка полуавтоматического сварочного аппарата не представляет особой сложности, поэтому с такой работой сможет справиться каждый домовладелец. Необходимо лишь использовать качественный мощный инвертор, а горелку с приводом лучше всего взять от промышленных заводских полуавтоматов. Это позволит существенно упростить изготовление техники. В интернете можно найти различные схемы исполнения полуавтоматических сварочных аппаратов, реализовать которые не составит особого труда. Такой аппарат будет отличаться функциональностью и универсальностью в использовании.
Сварочный полуавтомат: схема
Схема сварочного полуавтомата обеспечивает все пункты функциональности и сделает сварочный полуавтомат очень удобным в работе. Для того чтобы установить ручной режим, реле переключателя SB1 должно быть замкнутым. После того как нажали на кнопку управления SA1, задействуете переключатель К2, который при помощи своих связей К2.1 и К2.3 включит первый и третий ключ.
Далее первый ключ задействует подачу углекислого газа, при этом ключ К1.2 начинает включать цепи питания сварочного полуавтомата, а К1.3 – полностью выключает тормоз двигателя. При этом во время этого процесса реле К3 начинает проводить процесс взаимодействия со своими контактами К3.1, который своим действием отключает цепь питания двигателя, а К3.2 разгибает К5. К5 в разомкнутом состоянии обеспечивает задержку включения аппарата на две секунды, которые нужно подобрать при помощи резистора R2. Все данные действия происходят с выключенным двигателем, и лишь газ подается в трубку. После всего этого второй конденсатор своим импульсом отключает второй ключ, который служит для задержки подачи тока сварки. После чего и начинается сам процесс сварки. Обратный процесс при отпускании SB1 аналогичен первому, при этом обеспечивается задержка в 2 секунды на отключение подачи газа сварочного полуавтомата.
