Інвертор на зварювальний напівавтомат 250А

Купив я якось свій полуавтомат трансформаторний. Ну думав, мені його вистачить надовго, так як я планував його для зварювання та ремонту кузовів автомобіля. В результаті я був розчарований тим, що тонкий метал він просто знищував у момент дотику зварювальної дроту до зварювальної поверхні. А товстий метал приблизно 4 мм товщини він просто не зварював як слід.

В результаті цього мені хотілося просто викинути його. Обратно в магазин його не понесеш, так як пройшло багато часу, та й роботи в мене не одна. Ось і було вирішено зібрати інвертор для мого девайса, щоб позбутися трансформатора, який працював не зрозуміло як.

На малюнку власне сама схема. Ця схема була взята з основи зварочного інвертора на 250 ампер, який розробив Євгеній Родіков. За що йому дякую.

Правда, мені довелося чимало повозитися з цією схемою, щоб звичайний зварювальний інвертор, у якого м'яка ВАХ (вольтамперна характеристика), став жорстким, і щоб була зворотна зв'язок по напрузі, і можна було регулювати з 7 вольт до 25 вольт. Оскільки на полуавтоматі не потрібно регулювати ток, йому треба змінювати напругу. Що мною й було виконано.

Для початку нам треба зібрати блок живлення, який буде живити ШІМ-генератор і драйвера ключів.

Ось власне і схема блоку живлення, вона не складна, і думаю, не буду вдаватися в подробиці, все і так зрозуміло.

Принцип роботи інвертора

Робота інвертора полягає в наступному. З мережі 220 вольт надходить на діодний міст і випрямляється, потім відбувається зарядка конденсаторів великої ємності через струмообмежувальний резистор R11. Якщо б не резистор, то відбувся б сильний бах, через що вийшов би з ладу діодний міст. Коли конденсатори зарядилися, таймер на VT1,C6,R9,VD7 вмикає реле К1, тим самим шунтуючи струмообмежувальний резистор R11, і напруга в цей час на конденсаторах наростає до 310 вольт. І в цей же час вмикається реле К2, яке розмикає ланцюг резистора R10, який блокує роботу ШІМ-генератора, зібраного на мікросхемі UC3845. Сигнал з 6 ноги ШІМ-генератора надходить на оптрони через резистори R12,R13. Далі проходячи через оптрони HCPL3120 на драйвера управління силовими IGBT транзисторами, які запускають силовий трансформатор. Після трансформатора виходить великий струм високої частоти і надходить на діоди, тим самим випрямляється. Контроль напруги і струму виконані на оптроні PC817 і токовому датчику, побудованому на феритовому кільці, через яке пропущений провід силового трансформатора.

Початок зборки роботи інвертора

Сама збірка може починатися як завгодно. Я особисто починав збирати з самого блоку живлення, який повинен живити ШІМ-генератор і драйвера ключів. Перевіривши працездатність блоку живлення, він у мене запрацював без яких-небудь доопрацювань і налаштувань. Наступним етапом я збирав таймер, який повинен блокувати ШІМ-генератор і шунтувати струмообмежувальний резистор R11, переконавшись у його роботі, він повинен вмикати реле К1 і К2 протягом часу від 5 секунд до 15 секунд. Якщо таймер спрацьовує швидше, ніж потрібно, то треба збільшити ємність конденсатора С6. Після чого я почав збірку ШІМ-генератора і драйвера силових ключів. У ШІМ-генераторі є один недолік з резисторами R7, він повинен мати опір 680 Ом, R8 1,8 Ом, і конденсатор C5 510p, C3 2200p, також впевнившись у правильній збірці, виставив початкову частоту в 50 кГц за допомогою резистора R1. При цьому сигнал, формований ШІМ-генератором, має бути строго прямокутним 50/50, і ніяких сплесків і викидів з країв прямокутників, показаних на осцилограмі осцилографа. Після цього я зібрав силові ключі і подав напругу мінус 310 вольт на нижні силові ключі. Плюс верхніх силових ключів я подав живлення плюс 310 вольт через лампочку 220 вольт 200 ватт. На самій схемі не показано, але треба в живлення силових ключів плюс і мінус 310 вольт додати конденсатори 0,15 мкФ х 1000 вольт 14 штук. Це потрібно для того, щоб викиди, які буде створювати трансформатор, йшли в ланцюг живлення силових ключів, ліквідуючи перешкоди в мережі 220 вольт. Після чого я почав збирати силовий трансформатор, а починалося у мене все так. Я не знаю, який матеріал ферриту намотав пробну обмотку, наприклад, 12 витків з мідного дроту 0,7 мм діаметром, покритого лаком, вмикнув його між плечами силових ключів і запустив схему, переконавшись, що лампочка горить в пів накала, трохи почекав приблизно 5 або 10 хвилин, вимкнув схему з розетки, дав розрядитися фільтруючим конденсаторам, щоб струмом не вдарило, перевірив сам сердечник силового трансформатора, він не повинен нагріватися. Якщо він нагрівся, я збільшив число обмоток, і таким чином я дійшов до 18 витків. І так я намотав трансформатор з розрахунком перетинів, які написані на схемі.

Налаштування і перший запуск інвертора

Перед налаштуванням і першим пуском ще раз перевіряємо правильність зборки. Убезпечуємося в правильній фазировці силового трансформатора і датчика струму на маленькому кільці. Датчик струму зазвичай підбирається за кількістю витків проводу, чим більше витків, тим більше вихідний струм, але не варто нехтувати, адже можна перевантажити силові ключі, і вони можуть вийти з ладу. У цьому випадку, якщо не знати матеріал ферриту, краще всього почати з 67 витків і поступово збільшувати кількість витків до достатньої жорсткості дуги при зварюванні. Наприклад, у мене вийшло 80 витків, при цьому у мене не навантажується мережа, не гріються силові ключі, і, звичайно ж, немає шуму від силового трансформатора і дроселя на виході.

Отже, починаємо перший пуск і налаштування при лампочці, включеній як описано вище, при цьому купа конденсаторів з 14 штук по 0,15 мкФ повинні бути включені обов'язково на живлення ключів плюс і мінус 310 вольт. Включаємо осцилограф на емітер і колектор нижнього плеча силових ключів. Перед цим ми не приєднуємо оптрон зворотного зв'язку по напрузі, тимчасово залишаємо висіти в повітрі. На осцилографі має бути прямокутний сигнал частоти. Ми беремо викрутку і крутимо резистор R1 до появи невеликого загину на нижньому куті прямокутника. Крутити в сторону зменшення частоти. Це буде говорити про перенасичення сердечника силового трансформатора. При загибі в отриманій частоті записуємо його і рахуємо робочу частоту сердечника силового трансформатора. Наприклад, частота перенасичення 30 кГц, рахуємо так: 30 ділимо на 2, отримуємо 15, отримане число додаємо до частоти перенасичення: 30 плюс 15, отримуємо 45. 45 кГц - це наша робоча частота. При цьому лампочка повинна світитися майже непомітно тьмяно. Струм споживання не повинен перевищувати на повному холостому ходу 300 мА, зазвичай 150 мА. Дивимося осцилограф, щоб не було сплесків напруги вище 400 вольт, зазвичай 320 вольт. Коли все буде готово, підключаємо до лампочки чайник або нагрівач або праску на 2000 ватт. На виході підключаємо провід пристойного перетворення, наприклад, від 5 квадратів 2 метри, робимо коротке замикання, при цьому лампочка не повинна горіти на всю яскравість, вона повинна світитися трохи більше половини накалу. Якщо вона світиться на всю яскравість, то потрібно ще раз перевірити датчик струму в фазировці, просто пропустити провід з іншого боку. У крайніх випадках зменшити число витків на датчику струму. Після того, як все буде готово, тепер плюс живлення 310 вольт пустити на пряму без лампочки і нагрівача на 2000 ватт. Не забуваємо про охолодження силових ключів, радіатор з вентилятором найкраще підходить радіатор від комп'ютера старого зразка Intel Pentium або AMD Atom. Силові ключі повинні бути вкручені на радіатор без слюдяної прокладки і через тонкий шар термопровідної пасти КПТ8, щоб забезпечити максимальну ефективність охолодження. Радіатор треба робити окремо від верхнього і нижнього плеча полумоста. Діоди снабберів і діоди, включені між живленням і трансформатором, розмістити на тих же радіаторах, що і ключі, але вже через слюдяні прокладки, щоб уникнути короткого замикання. Усі конденсатори на ШІМ-генераторі повинні бути саме плівковими з написом NPF, цим ви уникнете неприємні моменти при погодних умовах. Конденсатори на снабберах і на вихідних діодах повинні бути строго тільки типу К78-2 або СВВ81, ніякого будь-якого сміття туди не суньте, оскільки снаббери виконують важливу роль у цій системі, і вони поглинають всю негативну енергію, яку створює силовий трансформатор.

Кнопку пуску полуавтомата, яка знаходиться на рукаві горілки, потрібно зробити в розрив термодатчика перегріву. І ще трохи не забув, на виході силового трансформатора, коли налаштовуєте всю систему без оптрона зворотного зв'язку, конденсатор 220 мкФ також повинен бути тимчасово знятий, щоб не перевищити вихідну напругу, і при цьому на виході при такому розкладі напруга не повинно бути більше 55 вольт. Якщо воно досягає 100 вольт або більше, бажано зменшити кількість витків, наприклад, відмотати 2 витки, щоб отримати потрібне нам напруга. Після цього можна ставити конденсатор і оптрон зворотного зв'язку. Резистор R55 - це регулятор напруги, R56 резистор обмеження максимального напруги, його краще припаювати в платі поруч з оптроном, щоб уникнути стрибка при обриві регулятора, і підбирати його в сторону збільшення опору до потрібного максимального току. Я, наприклад, зробив до 27 вольт. Резистор R57 підстроювальний під викрутку для підстроювання мінімальної напруги, наприклад, 7 вольт.