1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сварка, сварочный аппарат: реализация своими руками, теория, схемы

Содержание

Сборка инверторного сварочного аппарата своими руками

Благодаря своей мобильности сварочные инверторные аппараты получили широкое применение в быту и на производстве. Они обладают огромными преимуществами по сравнению со сварочными трансформаторными агрегатами для сварочных работ. Принцип действия, устройство и их типовые неисправности должен знать каждый. Не у всех есть возможность приобрести сварочный инвертор, поэтому радиолюбители выкладывают схемы сварочного инвертора своими руками в интернет.

Общие сведения

Трансформаторные сварочные аппараты стоят сравнительно недорого и легко ремонтируются из-за их простого устройства. Однако они обладают значительным весом и чувствительны к напряжению питания (U). При низком U производить работы невозможно, так как происходят значительные перепады U, в результате которого могут выйти из строя бытовые приборы. В частном секторе часто бывают проблемы с линиями электропередач, так как в бывших странах СНГ большинство ЛЭП требуют замены кабеля.

Электрический кабель состоит из скруток, которые часто окисляются. В результате этого окисления возникает рост сопротивления (R) этой скрутки. При значительной нагрузке они нагреваются, а это может привести к перегрузке ЛЭП и трансформаторной подстанции. Если подключать сварочный аппарат старого образца к счетчику электроэнергии, то при низком U будет срабатывать защита («выбивать» автоматы). Некоторые пытаются подключить сварочник к счетчику электроэнергии, нарушая закон.

Подобное нарушение карается штрафом: потребление электроэнергии происходит незаконно и в больших количествах. Для того чтобы сделать работу более комфортной — не зависеть от U, не поднимать тяжести, не перегружать ЛЭП и не нарушать закон — нужно использовать сварочный аппарат инверторного типа.

Устройство и принцип действия

Сварочный инвертор устроен так, что подойдет и для домашнего применения, и для работы на предприятии. Он способен при небольших габаритах обеспечить стабильное горение сварочной дуги и даже использовать ток сварки, значительно превышающий показатель обыкновенного сварочного аппарата. Он использует ток высокой частоты для генерации сварочной дуги и представляет собой обыкновенный импульсный блок питания (такой же, как и компьютерный, только с большей силой тока), что и делает схему сварочного аппарата несложной.

Основные принципы его работы следующие: выпрямление входного напряжения; преобразование выпрямленного U в высокочастотный переменный ток при помощи транзисторных ключей и дальнейшее выпрямление переменного U в постоянный ток высокой частоты (рисунок 1).

Рисунок 1 — Схематическое устройство сварочника инверторного типа.

При использовании ключевых транзисторов высокой мощности происходит преобразование постоянного тока, который выпрямляется при помощи диодного моста в высокочастотный ток (30..90 кГц), что позволяет снизить габариты трансформатора. Выпрямитель на диодах пропускает ток только в одном направлении. Происходит «отсечение» отрицательных гармоник синусоиды.

Но на выходе выпрямителя получается постоянное U с пульсирующей составляющей. Для преобразования его в допустимый постоянный ток с целью корректной работы ключевых транзисторов, работающих только от постоянного тока, используется конденсаторный фильтр. Конденсаторный фильтр представляет собой один или несколько конденсаторов большой емкости, которая позволяет заметно сгладить пульсации.

Диодный мост и фильтр составляют блок питания для инверторной схемы. Вход инверторной схемы выполнен на ключевых транзисторах, преобразовывающих постоянное U в переменное высокой частоты (40..90 кГц). Это преобразование нужно для питания импульсного трансформатора, на выходе которого получается высокочастотный ток низкого U. От выходов трансформатора запитывается высокочастотный выпрямитель, а на выходе генерируется высокочастотный постоянный ток.

Устройство не очень сложное, и любой сварочник-инвертор поддается ремонту. Кроме того, существует множество схем, по которым можно сделать самодельный инвертор для сварочных работ.

Самодельный сварочный аппарат

Собрать инвертор для сварки просто, так как существует множество схем. Возможно сделать сварку из блока питания компьютера, сбить для него ящик, но получится сварочник низкой мощности. Подробно о создании простого инвертора из компьютерного БП для сварки можно ознакомиться в интернете. Огромной популярностью пользуется инвертор для сварки на ШИМ — контроллере типа UC3845. Микросхема прошивается при помощи программатора, который можно приобрести только в специализированном магазине.

Для прошивки нужно знать основы языка «С ++», кроме того, возможно скачать или заказать уже готовый программный код. Перед сборкой нужно определиться с основными параметрами сварочника: максимально допустимый ток питания составляет не более 35 А. При токе сварки равной, 280 А, U питающей сети составляет 220 В. Если проанализировать параметры, можно сделать вывод о том, что эта модель по характеристикам превышает некоторые заводские модели. Для сборки инвертора следует руководствоваться блок-схемой на рисунке 1.

Схема БП является несложной, и собрать ее достаточно просто (схема 1). Перед сборкой нужно определиться с трансформатором и найти подходящий корпус для инвертора. Для изготовления БП- инвертора нужен трансформатор. .

Этот трансформатор собирается на основе ферритового сердечника Ш7х7 или Ш8х8 с первичной обмоткой провода диаметром (d) 0,25..0,35 мм, количество витков 100. Несколько вторичных обмоток трансформатора должны иметь следующие параметры:

  1. 15 витков с d = 1..1,5 мм.
  2. 15 витков с d = 0,2..0,35 мм.
  3. 20 витков с d = 0,35..0,5 мм.
  4. 20 витков с d = 0,35..0,5 мм.

Перед намоткой нужно ознакомиться с основными правилами намотки трансформаторов.

Схема 1 — Схема блока питания инвертора

Навесным монтажом детали желательно не соединять, а сделать для этих целей печатную плату. Существует много способов изготовления печатной платы, но следует остановиться на простом варианте — лазерно-утюжной технологии (ЛУТ). Основные этапы изготовления печатной платы:

  1. Приобрести в специализированном магазине односторонний гетинакс с медной фольгой и хлористое железо.
  2. Изготовить макет печатной платы, используя программное обеспечение Sprint Layout.
  3. Распечатать на глянцевой бумаге, используя только лазерный принтер на самом высоком качестве. Обыкновенный струйный принтер для этих целей не подойдет.
  4. Прислонить распечатанный рисунок к медной фольге.
  5. При помощи нагретого утюга произвести перенос рисунка на фольгу, который должен получиться отчетливым.
  6. После этого выключить утюг и опустить плату в хлористое железо для вытравливания. Главное — не передержать и постоянно контролировать процесс, длительность которого зависит от концентрации хлористого железа.
  7. По окончании вытравливания нужно достать плату и промыть под проточной водой.

После изготовления трансформатора и печатной платы нужно приступить к монтажу радиокомпонентов по схеме блока питания сварочного инвертора. Для сборки БП понадобятся радиодетали:

  • 2 регулятора LM78L15.
  • TOP224Y.
  • Интегральная микросхема TL431.
  • BYV26C.
  • 2 диода HER307.
  • 1N4148.
  • MBR20100CT.
  • P6KE200A.
  • KBPC3510.
  • Оптопара типа PC817.
  • С1, С2: 10мк 450 В, 100мк 100 В, 470мк 400 В, 50мк 25 В.
  • C4, C6, C8: 0,1мк.
  • C5: 1н 1000 В.
  • С7: 1000мк 25 В.
  • Два конденсатора 510 п.
  • C13, C14 — 10 мк.
  • VDS1 — 600 В 2А.
  • Терморезистор типа NTC1 10.
  • R1: 47k, R2: 510, R3: 200, R4: 10k.
  • Резисторы гасящие: 6,2 и 30 на 5Вт.

После сборки БП нельзя подключать и проверять, так как он рассчитан именно для инверторной схемы.

Изготовление инвертора

Перед началом изготовления высокочастотного трансформатора для инвертора нужно изготовить гетинаксовую плату, руководствуясь схемой 2. Трансформатор выполнен на магнитопроводе типа «Ш20х28 2000 НМ» с рабочей частотой 41 кГц. Для его намотки (I обмотки) необходимо использовать медную жесть толщиной 0,3..0,45 мм и шириной 35..45 мм (ширина зависит от каркаса). Нужно сделать:

  1. 12 витков (площадь поперечного сечения (S) около 10..12 кв. мм.).
  2. 4 витка для вторичной обмотки (S = 30 кв. мм.).

Высокочастотный трансформатор нельзя мотать обыкновенным проводом из-за возникновения скин-эффекта. Скин-эффект — способность высокочастотных токов вытесняться на поверхность проводника, тем самым нагревая его. Вторичные обмотки следует разделить пленкой из фторопласта. Кроме того, трансформатор должен нормально охлаждаться.

Дроссель выполнен на магнитопроводе типа «Ш20×28» из феррита 2000 НМ с S не менее 25 кв. мм.

Трансформатор тока выполняется на двух кольцах типа «К30×18×7» и мотается медным проводом. Обмотка l продевается через кольцевую часть, а II обмотка состоит из 85 витков (d = 0,5 мм).

Схема 2 — Схема инверторного сварочного аппарата своими руками (инвертор).

После успешного изготовления высокочастотного трансформатора нужно осуществить монтаж радиоэлементов на печатной плате. Перед пайкой обработать оловом медные дорожки, детали не перегревать. Перечень элементов инвертора:

  • ШИМ — контроллер: UC3845.
  • MOSFET-транзистор VT1: IRF120.
  • VD1: 1N4148.
  • VD2, VD3: 1N5819.
  • VD4: 1N4739A на 9 В.
  • VD5-VD7: 1N4007.
  • Два диодных моста VD8: KBPC3510.
  • C1: 22 н.
  • C2, C4, C8: 0,1 мкФ.
  • C3: 4,7 н и C5: 2,2 н, C15, С16, С17, C18: 6,8 н (только использовать К78−2 или СВВ- 81).
  • C6: 22 мк, С7: 200 мк, С9-С12: 3000 мк 400 В, C13, C21: 10 мк, C20, C22: 47мк на 25 В.
  • R1, R2: 33k, R4: 510, R5: 1,3 k, R7: 150, R8: 1 на 1 Вт, R9: 2 M, R10: 1,5 k, R11: 25 на 40 Вт, R12, R13, R50, R54: 1 к, R14, R15: 1,5 k, R17, R51: 10, R24, R25: 30 на 20Вт, R26: 2,2 к, R27, R28: 5 на 5Вт, R36, R46-R48, R52, R42-R44 — 5, R45, R53 — 1,5.
  • R3: 2,2 k и 10 к.
  • К1 на 12 В и 40А , К2 — РЭС-49 (1).
  • Q6-Q11: IRG4PC50W.
  • Шесть MOSFET-транзисторов IRF5305.
  • D2 и D3: 1N5819.
  • VD17 и VD18: VS-HFA30PA60CPBF; VD19-VD22: VS-HFA30PA60CPBF.
  • Двенадцать стабилитронов: 1N4744A.
  • Две оптопары: HCPL-3120.
  • Катушка индуктивности: 35 мк.

Перед проверкой схемы на работоспособность нужно еще раз визуально проверить все соединения.

Основные рекомендации

Перед сборкой нужно внимательно ознакомиться со схемой инверторной сварки и приобрести все необходимое для изготовления: купить радиодетали в специализированных радиомагазинах, найти подходящие каркасы трансформаторов, медную жесть и провод, продумать дизайн корпуса. Планирование работы значительно упрощает процесс сборки и экономит время. При пайке радиокомпонентов следует применять паяльную станцию (индукционная с феном), для исключения возможного перегрева и выхода из строя радиоэлементов. Соблюдать нужно и правила техники безопасности при работе с электричеством.

Читать еще:  Кухонный стол своими руками: эргономика, компоненты, чертежи, сборка

Дальнейшая настройка

Все силовые элементы схемы должны иметь качественное охлаждение. Транзисторные ключи необходимо «сажать» на термопасту и радиатор. Желательно применять радиаторы от микропроцессоров мощного типа (Athlon). Наличие вентилятора для охлаждения в корпусе обязательно. Схему БП можно доработать, поставив конденсаторный блок перед трансформатором. Нужно использовать К78−2 или СВВ-81, так как другие варианты недопустимы.

После подготовительных работ нужно приступить к настройке сварочного инвертора. Для этого нужно:

  1. Подключить 15 В к ШИМ, подав питание на ШИМ и на систему охлаждения. Реле К1 выполняет роль ключа для замыкания R11 — при времени срабатывании первого около 10 секунд. Кроме того, выполняется зарядка С9-C12, которые разряжаются через R11. Наличие R11 обязательно, так как оно обезопасит конденсаторы от взрыва из-за всплеска тока при подаче сетевого питания.
  2. При помощи осциллографа выполнить проверку платы на наличие прямоугольных импульсов, идущих к HCPL3120 после срабатывания К1 и К2. Кроме того, реле К1 должно быть подключено после зарядки конденсаторов. Во время работы инвертора без нагрузки (холостой ход) сила тока должна быть менее 100 мА.
  3. Правильность установки фаз высокочастотного трансформатора проверяется 2-лучевым осциллографом. Для этого нужно выставить частоту ШИМ 50..55 Гц и измерить значение U, которое должно быть менее 330 В. Потребление моста должно быть 120..150 мА. При работе сварочного инвертора трансформаторы не должны сильно шуметь, а если такое происходит, нужно разобраться в этом. Шум часто происходит из-за плохо зажатых пластин магнитопровода. Смотреть на осциллограф и плавно крутить ручку переменного резистора.
  4. Параметры U не должны превышать 540 В (345 В является оптимальным значением U). После измерений нужно отсоединить осциллограф и начать варить металл. Время сварки нужно начинать с 10 секунд и постепенно увеличивать его до 5 минут. Если все сделано верно, то шума не должно быть.

Существуют и более совершенные модели сварочников инверторного типа, в силовую схему которых входят тиристоры. Широкое распространение также получил инвертор «Тимвала», который можно найти на форумах радиолюбителей. Он имеет более сложную схему. Подробнее с ним можно ознакомиться в интернете.

Таким образом, зная устройство и принцип работы сварочного аппарата инверторного типа, собрать его своими руками не представляется непосильной задачей. Самодельный вариант практически не уступает заводскому и даже превосходит его некоторые характеристики.

Как собрать сварочный аппарат своими руками?

В виду того, что в быту обывателям часто требуется работать с металлом, многие используют сварочные агрегаты. Но далеко не всем по карману приобретение дорогостоящего оборудования, из-за чего и возникает вопрос, как собрать сварочный аппарат своими руками. Процесс изготовления будет отличаться в зависимости от типа и конструктивных особенностей сварочного устройства.

Типы сварочных аппаратов

Современный рынок наполнен достаточно большим разнообразием сварочных аппаратов, но далеко не все целесообразно собирать своими руками.

В зависимости от рабочих параметров устройств различают такие виды устройств:

  • на переменном токе – выдающие переменное напряжение от силового трансформатора напрямую к сварочным электродам;
  • на постоянном токе – выдающие постоянное напряжение на выходе сварочного трансформатора;
  • трехфазные – подключаемые к трехфазной сети;
  • инверторные аппараты – выдающие импульсный ток в рабочую область.

Первый вариант сварочного агрегата наиболее простой, для второго понадобиться доработать классическое трансформаторное устройство выпрямительным блоком и сглаживающим фильтром. Трехфазные сварочные аппараты используются в промышленности, поэтому рассматривать изготовление таких устройств для бытовых нужд мы не будем. Инверторный или импульсный трансформатор довольно сложное устройство, поэтому чтобы собрать самодельный инвертор вы должны уметь читать схемы и иметь базовые навыки сборки электронных плат. Так как базой для создания сварочного оборудования является понижающий трансформатор, рассмотрим порядок изготовления от наиболее простого, к более сложному.

На переменном токе

По такому принципу работают классические сварочные аппараты: напряжение с первичной обмотки 220 В понижается до 50 – 60 В на вторичной и подается на сварочный электрод с заготовкой.

Перед тем, как приступить к изготовлению, подберите все необходимые элементы:

  • Магнитопровод – более выгодными считаются наборные сердечники с толщиной листа 0,35 – 0,5мм, так как они обеспечивают наименьшие потери в железе сварочного аппарата. Лучше использовать готовый сердечник из трансформаторной стали, так как плотность прилегания пластин играет основополагающую роль в работе магнитопровода.
  • Провод для намотки катушек – сечение проводов выбирается в зависимости от величины, протекающих в них токов.
  • Изоляционные материалы – основное требование, как к листовым диэлектрикам, так и к родному покрытию проводов – устойчивость к высоким температурам. Иначе изоляция сварочного полуавтомата или трансформатора расплавится и возникнет короткое замыкание, что приведет к поломке аппарата.

Наиболее выгодным вариантом является сборка агрегата из заводского трансформатора, в котором вам подходит и магнитопровод, и первичная обмотка. Но, если подходящего устройства под рукой нет, придется изготовить его самостоятельно. С принципом изготовления, определения сечения и других параметров самодельного трансформатора вы можете ознакомиться в соответствующей статье: https://www.asutpp.ru/transformator-svoimi-rukami.html.

В данном примере мы рассмотрим вариант изготовления сварочного аппарата из блока питания микроволновки. Следует отметить, что трансформаторная сварка должна обладать достаточной мощностью, для наших целей подойдет сварочный аппарат хотя бы на 4 – 5кВт. А так как один трансформатор для микроволновки имеет только 1 – 1,2 кВт, для создания аппарата мы будем использовать два трансформатора.

Для этого вам понадобится выполнить такую последовательность действий:

  • Возьмите два трансформатора и проверьте целостность обмоток, питаемых от электрической сети 220В.
  • Распилите магнитопровод и снимите высоковольтную обмотку, Рис. 1: распилите сердечник

Рис. 2: уберите высоковольтную обмотку

оставив только низковольтную, в таком случае намотку первичной катушки уже делать не нужно, так как вы используете заводскую.

  • Удалите из цепи катушки на каждом трансформаторе токовые шунты, это позволит увеличить мощность каждой обмотки. Рис. 3: удалите токовые шунты
  • Для вторичной катушки возьмите медную шину сечением 10мм 2 и намотайте ее на заранее изготовленный каркас из любых подручных материалов. Главное, чтобы форма каркаса повторяла габариты сердечника. Рис. 4: намотайте вторичную обмотку на каркас
  • Сделайте диэлектрическую прокладку под первичную обмотку, подойдет любой негорючий материал. По длине ее должно хватать на обе половинки после соединения магнитопровода. Рис. 5: сделайте диэлектрическую прокладку
  • Поместите силовую катушку в магнитопровод. Для фиксации обеих половинок сердечника можно использовать клей или стянуть их между собой любым диэлектрическим материалом. Рис. 6: поместите катушку в магнитопровод
  • Подключите выводы первички к шнуру питания, а вторички к сварочным кабелям. Рис. 7: подключите шнур питания и кабели

Установите на кабель держатель и электрод диаметром 4 – 5мм. Диаметр электродов подбирается в зависимости от силы электрического тока во вторичной обмотке сварочного аппарата, в нашем примере она составляет 140 – 200А. При других параметрах работы, характеристики электродов меняются соответственно.

Во вторичной обмотке получилось 54 витка, для возможности регулировки величины напряжения на выходе аппарата сделайте два отвода от 40 и 47 витка. Это позволит осуществлять регулировку тока во вторичке посредством уменьшения или увеличения количества витков. Ту же функцию может выполнять резистор, но исключительно в меньшую сторону от номинала.

На постоянном токе

Такой аппарат отличается от предыдущего более стабильными характеристиками электрической дуги, так как она получается не напрямую с вторичной обмотки трансформатора, а от полупроводникового преобразователя со сглаживающим элементом.

Рис. 8: принципиальная схема выпрямления для сварочного трансформатора

Как видите, делать намотку трансформатора для этого не требуется, достаточно доработать схему существующего устройства. Благодаря чему он сможет выдавать более ровный шов, варить нержавейку и чугун. Для изготовления вам понадобится четыре мощных диода или тиристора, примерно на 200 А каждый, два конденсатора емкостью в 15000 мкФ и дроссель. Схема подключения сглаживающего устройства приведена на рисунке ниже:

Рис. 9: схема подключения сглаживающего устройства

Процесс доработки электрической схемы состоит из таких этапов:

  • Установите полупроводниковые элементы на радиаторы охлаждения. Рис. 10: установите диоды на радиаторы

В связи с перегревом трансформатора во время работы, диоды могут быстро выйти со строя, поэтому им нужен принудительный отвод тепла.

  • Соедините диоды в мост, как показано на рисунке выше, и подключите их к выводам трансформатора. Рис. 11: соедините диоды в мост

Для подключения лучше использовать луженные зажимы, так как они не потеряют изначальную проводимость от больших токов и постоянной вибрации.

Рис. 12: используйте луженные зажимы

Толщина провода выбирается в соответствии с рабочим током вторичной обмотки.

  • Подключите силовые конденсаторы и дроссель во вторичную цепь диодного моста. Рис. 13: подключите силовые конденсаторы
  • Подсоедините к выводам сглаживающего устройства сварочные шлейфа, установите держатели для электродов – сварочный аппарат постоянного тока готов.

При сварке металлов таким аппаратом всегда следует контролировать нагрев не только трансформатора, но и выпрямителя. А при достижении критической температуры делать паузу для остывания элементов, иначе сварочный агрегат, сделанный своими руками, быстро выйдет со строя.

Инверторный аппарат

Представляет собой довольно сложное устройство для начинающих радиолюбителей. Не менее сложным процессом является подборка необходимых элементов. Преимуществом такого сварочного аппарата являются значительно меньшие габариты и меньшая мощность, в сравнении с классическими устройствами, возможность реализовать точечную сварку и т.д.

Рис. 14: принципиальная схема импульсного блока

В работе такая схема преобразует переменное напряжение из сети в постоянное, затем, при помощи импульсного блока, выдает ток большой амплитуды в область сварки. Этим и достигается относительная экономия мощности аппарата по отношению к его производительности.

Конструктивно инверторная схема сварочного аппарата включает в себя такие элементы:

  • диодный выпрямитель с магазином емкостей, балластным резистором и системой плавного пуска;
  • система управления на основе драйвера и двух транзисторов;
  • силовая часть из управляющего транзистора и выходного трансформатора;
  • выходная часть из диодов и дросселя;
  • система охлаждения из кулера;
  • система обратной связи по току для контроля параметра на выходе сварочного аппарата.

Для изготовления сварочного инвертора вам понадобится самостоятельно намотать силовой трансформатор, трансформатор тока на базе ферритового кольца. Для моста лучше использовать готовую сборку из быстродействующих полупроводниковых элементов.

К сожалению, большинство других элементов вряд ли найдутся под рукой в гараже или у вас дома, поэтому их придется заказывать или приобретать в специализированных магазинах. Из-за чего сборка инверторного блока своими руками обойдется не дешевле заводского варианта, а с учетом затраченного времени, еще и дороже. Поэтому для инверторной сварки лучше приобрести готовый аппарат с заданными рабочими параметрами.

Читать еще:  Штиль 180 ремонт масляного насоса видео

Делаем сварочные аппараты своими руками

Сварочные работы в домашних условиях давно стали обычным делом. Доступность аппаратов и расходных материалов, возможность недорого обучиться на курсах сварщиков, различные методички для получения самостоятельных навыков. Все эти факторы дают возможность сэкономить на оплате труда профессионального сварщика, и повысить оперативность работ.

Однако, если внимательно изучить рынок сварочных аппаратов, выясняются неприятные моменты:

  • Качественные сварочники имеют высокую стоимость, выгоднее несколько раз нанять специалиста (если, конечно, вы не занимаетесь этими работами постоянно).
  • Доступные по цене агрегаты имеют ряд недостатков: низкая надежность, плохое качество шва, зависимость от питающего напряжения и типа расходников.

Отсюда вывод: если необходимо высокое качество оборудования по доступной цене, придется сделать сварочный аппарат из доступных материалов своими руками.

Прежде чем рассматривать варианты самодельных сварочников, разберем принцип их работы

В основе работы любого агрегата лежит закон Ома. При неизменной мощности, имеется обратная зависимость между током и напряжением. Для нормальной работы требуется сила тока 60–150 А. Только в этом случае металл в зоне сварки будет плавиться. Представим себе сварочный аппарат, который работает напрямую с напряжением 220 вольт. Для достижения требуемой силы тока, потребуется мощность 15–30 кВт. Во-первых, для этого надо будет прокладывать отдельную линию энергоснабжения: большинство вводов в жилые помещения ограничены техническими условиями на уровне 5–10 кВт. Кроме того, для такой силы тока потребуется проводка сечением не менее 30 мм². Варить придется с соблюдением мер защиты при работе в электроустановках до 1000 вольт: резиновые боты, перчатки, ограждение рабочего места, и прочее.

Разумеется, обеспечить такие условия в реальности невозможно.

Поэтому любой сварочный аппарат преобразует напряжение (в сторону понижения): на выходе получаем искомый ток при сохранении разумной мощности.

Оптимальное значение напряжения — 60 вольт. При сварочном токе 100 А, это вполне приемлемые 6 кВт мощности. Как преобразовать напряжение?

Существуют четыре основных типа сварочных аппаратов

  1. Трансформатор. Устройство работает на переменном токе. Основной узел ничем не отличается обычного блока питания: на входе 220 вольт, на выходе требуемые 60 вольт. За счет возможности механического перемещения вторичной обмотки по сердечнику, меняется значение рабочего тока.Преимущества: простота и дешевизна конструкции, ремонтопригодность.Недостатки: большие размер и вес, переменный ток приводит к нестабильному формированию сварочного шва, для работы требуется высокая квалификация специалиста.
  2. Выпрямитель. По сути, это тот же трансформатор, только с диодным (тиристорным) выпрямителем в цепи вторичной обмотки.После преобразования напряжения на трансформаторе (с традиционным механическим регулятором силы тока), вторичное переменное напряжение выпрямляется одним из способов. В примитивных (недорогих) конструкциях применяется диодный мост. Более продвинутые схемы работают на тиристорной схеме, с возможностью регулировки параметров.Преимущества: стабильные параметры сварки, возможность работать с различными металлами, не требуется высокая квалификация мастера.Недостатки: более высокая стоимость, сложность в ремонте и обслуживании.Некоторые мастера переделывают простейший трансформаторный сварочник в аппарат постоянного тока. Для этого необходимо лишь собрать мощный выпрямитель, и подключить его к выходу вторичной обмотки. Для этого потребуются мощные диоды (собираем мост) и радиаторы для рассеивания тепла.

Общий недостаток рассмотренных схем — зависимость выходных параметров от качества электросети. Если есть просады напряжения (при сварке — это нормальное явление), меняются характеристики выходных напряжения и тока. За счет этого страдает качество сварочного шва. Поэтому ручная регулировка силы тока (перемещением обмоток) обязательна.

  • Полуавтомат. Это продвинутый вариант выпрямителя, с устройством механической подачи сварочной проволоки в зону работ. Сварка производится в среде инертного газа, для выполнения работы требуется газовый баллон.Преимущества: качественный шов, нет необходимости в специальной подготовке мастера. Недостатки: требуется дополнительное оборудование (газовый баллон), высокая стоимость.
  • Инвертор. На сегодняшний день самый распространенный сварочник среди любителей. В качестве преобразователя напряжения используется инверторный блок питания с ШИМ управлением. Эта технология на сегодняшний день стала доступной, что положительно сказывается на стоимости. Преимущества: работать с аппаратом может даже начинающий сварщик, компактные размеры, малый вес. Недостатки: не слишком высокая надежность, сложность в ремонте.
  • Любой из перечисленных аппаратов можно собрать самостоятельно. Проведем обзор технологий изготовления по моделям:

    Трансформаторы (с выпрямителем или без него)

    Сердце трансформатора — сердечник. Он набирается из пластин трансформаторной стали, изготовить которые вручную довольно проблематично. Правдами и неправдами исходный материал добывается на заводах, в строительных бригадах, на пунктах сбора металлолома. Полученная конструкция (как правило, в виде прямоугольника) должна иметь сечение не меньше, чем 55 см². Это довольно тяжелая конструкция, особенно после укладки обмоток.

    При сборке обязательно надо предусмотреть регулировочный винт, с помощью которого можно двигать вторичную обмотку относительно неподвижной первички.

    Чтобы не вдаваться в сложности расчетов сечения проводов, возьмем типовые параметры:

    • сила тока на вторичке 100–150 А;
    • напряжение холостого хода 60–65 вольт;
    • рабочее напряжение при сварке 18–25 вольт;
    • сила тока на первичной обмотке до 25 А.

    Исходя из этого, сечение провода первички должно быть не менее 5 мм², если делать с запасом — можно взять провод 6–7 мм². Изоляция должна быть жаростойкой, из материала, не поддерживающего горение.

    Вторичная обмотка набирается из провода (а лучше медной шины), сечением 30 мм². Изоляция тряпичная. Пусть толщина вас не пугает, количество витков на вторичке небольшое.

    Количество витков первичной обмотки определяется по коэффициенту 0.9–1 виток на вольт (для наших параметров).

    Формула выглядит так:

    W(количество витков) = U(напряжение) / коэффициент.

    То есть, при напряжении в сети 200–210 вольт, это будет порядка 230–250 витков.

    Соответственно, при напряжении вторички 60–65 вольт, количество ее витков составит 67–70.

    С технической точки зрения трансформатор готов. Для удобства использования рекомендуется выполнить небольшой запас по вторичной обмотке, с несколькими ответвлениями (на 65, 70, 80 витках). Это позволит уверенно работать в местах с пониженным напряжением сети.

    Прятать агрегат в корпус, или оставлять открытым — это вопрос безопасности использования. Типовой изготовленный сварочный трансформатор своими руками выглядит так:

    Оптимальный материал для корпуса — текстолит 10–15 мм.

    Добавляем выпрямитель

    Самодельный мощный сварочный трансформатор с точки зрения схемотехники — обычный блок питания. Соответственно выпрямитель устроен так же просто, как в сетевом заряднике для мобильного телефона. Только элементная база будет выглядеть на несколько порядков массивнее.

    Как правило, в простую схему из диодного моста добавляют пару конденсаторов, гасящих импульсы выпрямленного тока.

    Можно собрать выпрямитель и без них, но чем ровнее ток, тем качественней получается сварочный шов. Для сборки собственно моста применяются мощные диоды типа Д161–250(320). Поскольку при нагрузке на элементах выделяется много тепла, его нужно рассеивать с помощью радиаторов. Диоды крепятся к ним с помощью болтового соединения и термопасты.

    Разумеется, ребра радиаторов должны либо обдуваться вентилятором, либо выступать над корпусом. Иначе вместо охлаждения они будут греть трансформатор.

    Мини сварочный трансформатор

    Если вам не нужно варить рельсы или швеллера из стали 4–5 мм, можно собрать компактный сварочник для спайки стальной проволоки (изготовление каркасов для самоделок) или сварки тонкой жести. Для этого можно взять готовый трансформатор от мощного бытового прибора (идеальный вариант — микроволновка), и перемотать вторичную обмотку. Сечение провода 15–20 мм², потребляемая мощность не более 2–3 кВт.

    Расчет схемы производится также, как и для более мощных агрегатов. При сборке выпрямителя можно использовать менее мощные диоды.

    Микросварочник

    Если сфера применения ограничена спайкой медных проводов (например, при монтаже распределительных коробок), можно ограничиться конструкцией размером с пару спичечных коробков.

    Выполняется на транзисторе КТ835 (837). Трансформатор изготавливается самостоятельно. Фактически — это высокочастотный повышающий преобразователь.

    В отличие от традиционных сварочников, в данной схеме используется высокое напряжение, до 30 кВ. Поэтому при работе следует соблюдать осторожность.

    Трансформатор мотаем на ферритовом стержне. Две первичные обмотки: коллекторная (20 витком 1 мм), базовая (5 витков 0.5 мм). Вторичная (повышающая) обмотка — 500 витков 0.15 проволоки.

    Собираем схему, припаиваем по схеме резисторную обвязку (чтобы трансформатор не перегревался на холостом ходу), аппарат готов. Питание от 12 до 24 вольт, с помощью такого аппарата можно сваривать жгуты проводов, резать тонкую сталь, соединять металлы толщиной до 1 мм.

    В качестве сварочных электродов можно использовать толстую швейную иглу.

    Инвертор (импульсный блок питания для сварки)

    Самодельный инверторный сварочный аппарат нельзя изготовить просто «на коленке». Для этого потребуется современная элементная база и опыт работы с ремонтом и созданием электронных устройств. Однако, не так страшна схема, как ее малюют. Подобных устройств сделано великое множество, и все они работают не хуже фабричных аналогов. К тому же, чтобы создать импульсный сварочный аппарат своими руками, не обязательно приобретать десятки дорогостоящих радиодеталей и готовых узлов. Большинство из них, особенно высокочастотные элементы для блока питания, можно позаимствовать у старых телевизоров или БП от компьютера. Стоимость близкая к нулю.

    Рассматриваемый инвертор имеет следующие характеристики:

    • Ток нагрузки на электродах: до 100 А.
    • Потребляемая мощность от сети 220 вольт — не более 3.5 кВт (ток порядка 15 А).
    • Используемые электроды до 2.5 мм.

    На иллюстрации изображена готовая схема, которая неоднократно опробована многими домашними мастерами.

    Конструктивно инвертор состоит из трех элементов:

    1. Блок питания для схемы преобразователя и управления. Выполнен на доступной элементной базе, с применением оптрона от старого блока питания компьютера. При самостоятельном изготовлении трансформатора стоимость практически нулевая: детали копеечные. Номиналы и названия радиоэлементов на иллюстрации.
    2. Блок задержки заряда конденсаторов (для стартовой дуги). Выполнен на базе транзисторов КТ972 (абсолютно не дефицит). Разумеется, транзисторы устанавливаются на радиаторы. Для коммутации достаточно обыкновенного автомобильного реле с токовой нагрузкой на контактах до 40 А. Для ручного управления установлены обычные защитные автоматы (пакетники) на 25 А. Выходные 300 вольт — холостой ход. При нагрузке напряжение 50 вольт.
    3. Трансформатор тока — самый ответственный узел. При сборке особое внимание следует обратить на точность катушек индуктивности. Некоторую подстройку можно выполнить с помощью переменного резистора (на схеме выделен красным цветом). Однако если параметры не буду согласованными, требуемой мощности дуги достичь не удастся.ШИМ реализуется на микросхеме US3845 (одна из немногих деталей, которую придется покупать). Силовые транзисторы — все те же КТ972 (973). Некоторые элементы на схеме импортные, однако их легко можно заменить на доступные отечественные, поискав аналоги на сайте datasheet.Высокочастотный блок выполнен из частей строчного трансформатора от телевизора.
    Читать еще:  Как сделать тайник своими руками дома для денег и вещей

    На выход сварочного инвертора подключаются рабочие провода длиной не более 2 метров. Сечение не менее 10 квадратов. При работе с электродами до 2.5 мм, падение тока минимальное, шов получается гладкий и ровный. Дуга непрерывная, не хуже заводского аналога.

    При наличии активного охлаждения (вентиляторы от того-же компьютерного блока питания), конструкцию можно компактно упаковать в небольшой корпус. Учитывая высокочастотные преобразователи, лучше использовать металл.

    Чем сложнее самодельный сварочный аппарат, тем ощутимей экономия. Именно простые трансформаторы обходятся дороже, по причине использования дорогостоящей меди в обмотках или трансформаторного железа. Импульсные блоки питания, особенно при наличии в запасе старых деталей от типовых электроприборов, обходятся практически бесплатно.

    Видео по теме

    Что нужно знать для сборки сварочного аппарата своими руками

    Сделать самостоятельно несложный сварочный аппарат вполне по силам любому, знакомому с правилами электромонтажа. Но прежде чем приступать к делу, необходимо выполнить расчёт всех компонентов устройства. От этого будет зависеть эффективность устройства при работе от обычной бытовой однофазной сети.

    Конструкция и принцип работы простейших сварочных аппаратов

    Для получения устойчивой сварочной дуги, которая позволит сваривать металл разной толщины, требуются токи в пределах 70 – 150 А. Если использовать устройства, рассчитанные на напряжение 220 В, то они должны потреблять высокую мощность, в пределах 15 – 30 кВт. Поэтому такие установки будут громоздкими, да и работать с ними нормально не выйдет. А в домашних условиях их просто будет невозможно подключить, стандартные сети не рассчитаны на подобную нагрузку.

    Поэтому основной задачей при проектировании и сборке сварочных аппаратов становится обеспечение необходимой силы тока при снижении потребляемой мощности. Это возможно только при выполнении сварочных работ с пониженным напряжением на электродах.

    Простейший сварочный аппарат представляет собой следующую конструкцию:

    • Понижающий трансформатор, обеспечивающий снижение напряжения до пределов 55 – 70 В и повышающий при этом силу тока до требуемых параметров. Благодаря этому и удаётся снизить энергопотребление до разумных пределов.
    • От трансформатора к электроду и обрабатываемой детали ток подаётся при помощи специальных сварочных кабелей. Они отличаются увеличенным сечением и усиленной изоляцией, позволяющей работать с большими токами.
    • Для сварки потребуются электроды, устанавливаемые в держатель. Благодаря применяемой обмазке они упрощают зажигание и поддерживание электрической дуги, которая и становится источником тепловой энергии, необходимой для плавления металла.

    Сварочный трансформатор

    Сложных устройств в конструкции таких сварочных аппаратов нет. Но при проектировании необходимо выполнить расчёт основных параметров, иначе подключение несоответствующего оборудования к сети приведёт к выходу его из строя, к коротким замыканиям на линии или им просто будет невозможно варить.

    Виды сварочных аппаратов

    Существует несколько основных видов:

    Сварочный трансформатор. Для преобразователя применяется понижающий трансформатор.

    Сварочный трансформатор

    Сварочный инвертор. В качестве преобразователя здесь служит инверторный болк питания с ШИМ.

    Сварочный выпрямитель. Это тоже самое что и сварочный трансформатор, только он имеет диодный или тиристорный выпрямитель во вторичной цепи.

    Сварочный выпрямитель

    Полуавтомат. Сварка производится в инертной среде, для этого используется газовый баллон.

    Упрощённая схема расчётов сварочника

    На практике расчёты ведут, основываясь на типе и диаметре используемых электродов. Да, существуют более сложные и точные расчётные формулы, но любителями они применяются редко. Для получения устойчивой и производительной дуги необходимо получить ток со следующими показателями:

    • Для электродов диаметром 2 мм достаточно 30 – 80 А.
    • При увеличении диаметра до 3 мм сила тока должна возрасти до 70 – 130 А.
    • Для электродов 4 мм устанавливают показатель 110 – 170 А.
    • 5-мм электродами варят при силе тока 150 – 200 А.

    Разница значений силы тока обусловлена работой с металлами различной толщины, физическими свойствами.

    При самостоятельном изготовлении сварочного аппарата чаще всего приходится довольствоваться магнитопроводом от других устройств, который имеется в наличии. Поэтому простейший расчёт и будет выполняться исходя из этих двух известных характеристик — сечение магнитопровода и требуемая сила тока на вторичной обмотке.

    Обратите внимание — для сборки трансформатора предпочтительно применять сердечники стержневого типа. По сравнению с броневыми они обеспечивают большую плотность тока в обмотках, обладают повышенным КПД.

    Виды магнитопроводов

    Кроме того, имеет значение и расположение обмоток на плечах сердечника. Если разнести первичную и вторичные обмотки по разным стержням, это приведёт к увеличению магнитного рассеивания из-за возросшего воздушного зазора. Поэтому предпочтительной считается схема размещения части обеих обмоток и на одном, и на другом стержне.

    В этом случае для определения необходимого количества витков первичной обмотки применяют следующую формулу:

    N1 = 7440 × U1/(Sиз × I2)

    N1 — расчётное количество витков;

    U1 — напряжение сети (200-240В);

    Sиз — сечение имеющегося магнитопровода;

    I2 — необходимый сварочный ток.

    Обратите внимание, что для устройств с разнесёнными обмотками применяют другую формулу:

    N1 = 4960 × U1/(Sиз × I2)

    Если предстоит выполнять работы в условиях нестабильного напряжения в сети, есть смысл рассчитать количество витков для основных значений — 180, 190, 200, 220 и 240 В. При намотке провода просто делают отводы на этих значениях, что позволит подобрать стабильный режим работы трансформатора в любых условиях.

    Необходимое количество витков вторичной обмотки рассчитывают по следующей упрощённой формуле:

    N2 = 0,95 × N1 × U2/U1

    N1 — расчётное количество витков;

    U1 — напряжение сети (200-240В);

    U2 — требуемое напряжение холостого хода на вторичной обмотке (50 – 70 В).

    Для первичной обмотки выбирают медный изолированный провод сечением в пределах 5 – 7 кв. мм, его хватит для работы с бытовой однофазной электросетью. При выборе обращают внимание на жаропрочные показатели изоляции, она должна выдерживать значительный нагрев, которого избежать не выйдет.

    Вторичную обмотку мотают более толстым проводом, что связано со значительной силой тока, который будет протекать по ней. Оптимальным вариантом станет медная шина сечением не менее 30 кв. мм.

    Сварочный трансформатор — простейших тип оборудования

    Для выполнения большинства сварочных работ в домашних условиях хватит понижающего сварочного трансформатора без дополнительных схем или устройств. Последовательность сборки такого агрегата следующая:

    1. Делят общее количество витков каждой обмотки на две равные половины, чтобы разместить их на обоих стержнях сердечника.
    2. Если собираете сердечник из отдельных пластин, потребуется их фиксация стяжками или в простейшей обойме. Изолировать пластины друг от друга не следует.
    3. Для катушек делают каркас из толстого электротехнического картона. Внутренний размер должен соответствовать сечению сердечника и должен позволять смещать катушку вверх или вниз.
    4. Обмотки наматывают, укладывая витки вплотную друг к другу. При необходимости делают несколько рядов из уложенного провода.
    5. Если первичная обмотка рассчитана с отводами, то на необходимом количестве витков делают петлю и выводят её, не разрезая.
    6. На нижнюю часть сердечника надевают первичную обмотку, вторичная крепится сверху.
    7. Чтобы менять силу тока для сваривания металлов или при работе с деталями, отличающимися по толщине, предусматривают обустройство простейшего регулятора. Он будет перемещать катушки со вторичной обмоткой вверх-вниз.
    8. Принцип действия такого регулятора основан на изменении воздушного зазора между обмотками. В результате меняются параметры магнитного поля, что и приводит к увеличению или уменьшению силы тока во вторичной обмотке.
    9. Регулятор представляет собой винт с резьбой, при закручивании которого и происходит подъём катушек. Для этого эти элементы соединяют между собой.

    Практически во всех случаях самодельные сварочные аппаратуры делают без корпуса. Это делают с целью предотвращения перегрева катушек, который может стать причиной выхода устройства из строя. Если сделать схему с принудительным охлаждением при помощи вентилятора, то сварочный трансформатор можно установить и в корпус. Для его изготовления выбирают устойчивые к температуре пожаробезопасные материалы, например, текстолит толщиной 1,5 – 2 см.

    На поверхность корпуса выводят шпильки для подключения сварочных кабелей и сетевого провода. Возможность подключения к отводам первичной обмотки обеспечивают обустройством отдельных контактов или установкой мощного пакетного переключателя на требуемое число положений.

    Сварочный выпрямитель — особенности работы и сборки

    Для выполнения отдельных видов сварочных работ, например, с нержавейкой, применение переменного тока, выдаваемого трансформатором, не применяется. Для работы с такими металлами необходима подача постоянного напряжения. Кроме того, резка постоянным током уменьшает расход электродов, а при сварке предотвращается разбрызгивание металла.

    Для выполнения работ в таких условиях применяют сварочные выпрямители, которые позволяют варить током прямой и обратной полярности. Если есть опыт по монтажу электронных схем, то такое устройство также можно собрать самостоятельно.

    Основой сварочного выпрямителя станет тот же понижающий трансформатор. Отличие заключается в наличии выпрямляющей электронной схемы. При желании можно переделать уже описанный сварочный трансформатор или собрать универсальное устройство, которое позволит варить и переменным, и постоянным током.

    Простейшая схема электронной части сварочного выпрямителя выглядит так:

    Принципиальная схема сварочного выпрямителя

    При сборке таких устройств следует учитывать такие особенности конструкции:

    • Основная часть устройства — выпрямительный мост из силовых мощных диодов. Они подключаются согласно схеме с обязательным учётом полярности.
    • Сглаживание пульсации тока выполняется за счёт фильтра, выполненного на конденсаторе и дроссельной катушке. Обращаем внимание — компоненты должны иметь 2,5 – 3 запас по допустимому напряжению.
    • При работе с высокими токами происходит нагревание элементов. Чувствительны к перегреву полупроводниковые диоды. Поэтому их устанавливают на радиаторы, которые позволят увеличить интенсивность отвода тепла.
    • При заключении аппарата в корпус становится обязательным применение вентилятора, позволяющего повысить эффективность охлаждения.

    Обращаем внимание на соединение отдельных элементов схемы. Учитывая то, что они будут испытывать воздействие большой силы тока, необходимо обеспечить надёжность контакта. Если этого не сделать, то на этих участках будут греться и отгорать провода. Предпочтителен вариант с креплением при помощи площадок с болтом и гайкой.

    Дроссель в подобных конструкциях выполняют в виде отдельной выносной катушки индуктивности, которая подключается по мере необходимости. Отметим, что установка выпрямителя не препятствует изменению силы сварочного тока при помощи регулятора положения катушек вторичной обмотки.

    Как видите, сложностей в самостоятельной сборке сварочного аппарата нет. Но заниматься такими устройствами стоит только в том случае, если есть опыт в конструировании простых аппаратов, работающих с меньшими токами. В противном случае доверьте сборку специалисту или купите заводской сварочный аппарат.

    Сварочный аппарат из микроволновки:

    Пример сборки на переменном токе

    Нажмите на первую фотографию и смотрите последовательность сборки:

    Ссылка на основную публикацию
    Статьи c упоминанием слов:
    Adblock
    detector