Сварочный инвертор своими руками — конструкция, характеристики

Среди различных конструкций сварочных аппаратов, становятся очень популярными инверторы, благодаря оптимальным техническим характеристикам. В продаже имеется очень много устройств данного типа, однако для человека, разбирающегося в электротехнике, не составит особого труда сделать себе сварочный инвертор своими руками. Правильная сборка обеспечивает продолжительную и надежную работу таких устройств с любыми электродами, диаметр которых не превышает 4 мм.

Общая информация

Сварочный инвертор (именно инвертор, а не инвентор, как путают многие сварщики) — это разновидность сварочного оборудования. Всего выделяют четыре группы сварочных аппаратов: трансформаторные, топливные сварочные генераторы, выпрямители и, конечно, сварочные инверторы. Остальные приборы (например, полуавтомат или САК) являются лишь разновидностью одной из четырех групп.

Задача любого сварочного прибора — это легкая генерация сварочной дуги и поддержка ее стабильного горения. Инверторы отлично справляются с этой задачей, оставаясь простыми и понятными в эксплуатации. Аппараты инверторного типа завоевали свою популярность лишь в 21 веке, поскольку производители научились изготавливать недорогие модели для бытового применения. И на данный момент инвертор — это самый популярный тип сварочного оборудования в мире.

Чем же инвертор так понравился многим сварщикам? Дело в том, что в основе инвертора лежит силовой трансформатор нового поколения, который имеет существенной меньшие габариты и вес, чем трансформаторы из прошлого столетия. Благодаря такой особенности инженеры смогли создать самые маленькие сварочные аппараты весом не более 5 кг, которые при этом снабжены набором дополнительных функций (например, «горячий старт» или «форсаж дуги»).

Применение инверторных аппаратов позволяет варить даже новичку без опыта, поскольку встроенные функции упрощают сварочный процесс. При этом возможна плавная регулировка силы сварочного тока и детальная настройка режима сварки. Не удивительно, что инверторы стали настолько популярны и их даже начали собирать своими руками.

Перечень необходимых материалов и инструментов

Инверторная сварка своими руками будет потреблять 32 А, а после преобразования выдавать ток 250 А, который обеспечит прочный и качественный шов. Для реализации задачи потребуются следующие комплектующие:

• трансформатор с ферритным сердечником для силовой части;
• медная жесть для обмоток;
• провод ПЭВ;
• стальные листы для корпуса или готовый короб;
• изолирующий материал;
• текстолит;
• вентиляторы и радиаторы;
• конденсаторы, резисторы, транзисторы и диоды;
• ШИП-контроллер;
• кнопки и переключатели передней панели;
• провода для соединения узлов;
• силовые кабели большого сечения.

Зажим для массы и держатель рекомендуется приобрести в магазине специнструмента. Некоторые умельцы делают держатель из стальной проволоки сечением 6 мм. Перед началом сборки своего сварочного инвертора рекомендуется посмотреть обучающее видео, изучить пошаговую инструкцию и распечатать схему. Из инструментов нужно приготовить паяльник, пассатижи, нож, набор отверток и крепеж.

Устройство инвертора

Стандартный инвертор состоит из трех условных частей: силового трансформатора, блока электросхем на транзисторах и дросселя. Трансформатор необходим для понижения входящего напряжения электросети до необходимого значения. Блок электросхем — это «мозг» инвертора. А дроссель уменьшает пульсацию тока, выполняя стабилизирующую функцию.

Ниже вы можете видеть устройство типичного инвертора.  Как видите, оно простое и понятное, так что вы сможете без проблем собрать похожую инверторную сварку своими руками. Откройте изображение в новой вкладке, чтобы приблизить его.

Также ниже схема сварочного инвертора. Можно использовать любую из двух представленных. В первой подробно показано расположение драйвера сварочного инвертора, что удобно. Также в интернете есть еще с десяток схем, и вы можете подыскать наиболее удобную и понятную для вас.

Силовой блок

Основой силового блока сварочного инвертора является трансформатор, за счет которого снижается величина напряжения высокочастотного тока, а его сила – увеличивается. Для того чтобы сделать трансформатор для такого блока, необходимо подобрать два сердечника Ш20х208 2000 нм. Для обеспечения зазора между ними можно использовать газетную бумагу.

Обмотки такого трансформатора выполняются не из провода, а из медной полосы толщиной 0,25 мм и шириной 40 мм.

Каждый ее слой для обеспечения термоизоляции обматывается лентой от кассового аппарата, которая демонстрирует хорошую износоустойчивость. Вторичная обмотка трансформатора формируется из трех слоев медных полос, которые изолируются между собой при помощи фторопластовой ленты. Характеристики обмоток трансформатора должны соответствовать следующим параметрам: 12 витков х 4 витка, 10 кв. мм х 30 кв. мм.

Многие пытаются сделать обмотки понижающего трансформатора из толстого медного провода, но это неверное решение. Такой трансформатор работает на токах высокой частоты, которые вытесняются на поверхность проводника, не нагревая его внутреннюю часть. Именно поэтому для формирования обмоток оптимальным вариантом является проводник с большой площадью поверхности, то есть широкая медная полоса.

Самодельный выходной дроссель инвертора

В качестве термоизоляционного материала можно использовать и обычную бумагу, но она менее износоустойчива, чем лента от кассового аппарата. От повышенной температуры такая лента потемнеет, но ее износоустойчивость от этого не пострадает.

Трансформатор силового блока в процессе своей работы будет сильно нагреваться, поэтому для его принудительного охлаждения необходимо использовать кулер, в качестве которого может быть применено устройство, ранее использовавшееся в системном блоке компьютера.

Расходные материалы

В качестве расходных материалов самодельный аппарат будет использовать обычные плавящиеся электроды с защитным покрытием. Они бывают разных типов, марок и диаметров. Теме выбора сварочных электродов мы посвятили сразу несколько статей. Прочтите их, чтобы разбираться в теме и не ошибиться с выбором расходников.

Всё, что вам нужно знать про электроды для сварки

Популярные электроды для сварки

Как настроить сварочный ток и выбрать диаметр электрода?

Маркировка электродов

Правильный выбор марки электродов для дуговой ручной сварки

Область применения

Трудно представить строительные работы, при которых не использовалась бы сварка. Сварочные инверторы существенно расширили область ее применения, так как обладают достаточно большой долей мобильности, в отличие от громоздких трансформаторных аппаратов. Сегодня инверторную сварку применяют:

• Для сваривания деталей из черных металлов.
• Для сваривания деталей из цветных металлов.
• При необходимости сваривания в малопроходимых местах, например, в подземных туннелях трубопроводов.
• Для сваривания фасонных деталей на производстве.
• Для сварки в бытовых условиях.

В промышленности, для сваривания применяются инверторы с автоматической и полуавтоматической подачей сварочной проволоки, что позволяет унифицировать процесс и снизить долю ручного труда.

Блок питания

Одним из важнейших элементов блока питания сварочного инвертора является трансформатор, который мотается на феррите Ш7х7 или 8х8. Это устройство, обеспечивающее подачу стабильного напряжения, формируется из 4 обмоток:

• первичной (100 витков провода ПЭВ диаметром 0,3 мм);
• первой вторичной (15 витков провода ПЭВ диаметром 1 мм);
• второй вторичной (15 витков провода ПЭВ диаметром 0,2 мм);
• третьей вторичной (20 витков провода ПЭВ диаметром 0,3 мм).

Чтобы минимизировать негативное влияние перепадов напряжения, регулярно возникающих в электрической сети, намотку обмоток трансформатора следует выполнять по всей ширине каркаса.

Процесс намотки силового трансформатора

После выполнения первичной обмотки и изоляции ее поверхности при помощи стеклоткани, на нее наматывают слой экранирующего провода, витки которого должны ее полностью перекрывать. Витки экранирующего провода (он должен иметь такой же диаметр, как и провод первичной обмотки) выполняются в том же направлении. Такое правило актуально и для всех остальных обмоток, формируемых на каркасе трансформатора. Поверхности всех обмоток, наматываемых на каркас трансформатора, также изолируются друг от друга при помощи стеклоткани или обычного малярного скотча.

Чтобы величина напряжения, поступающего от блока питания на реле, находилась в пределах 20–25 В, необходимо подобрать резисторы для электронной схемы. Основной функцией блока питания сварочного инвертора является преобразование переменного тока в постоянный. Для этих целей в блоке питания используются диоды, собранные по схеме «косого моста».

Схема блока питания инвертора (нажмите для увеличения)

В процессе работы диоды такого моста сильно нагреваются, поэтому их обязательно надо монтировать на радиаторах, в качестве которых можно использовать охлаждающие элементы от старых компьютеров. Для монтажа диодного моста необходимо использовать два радиатора: верхняя часть моста через слюдяную прокладку крепится к одному радиатору, нижняя через слой термопасты – ко второму.

Выводы диодов, из которых сформирован мост, должны быть направлены в ту же сторону, что и выводы транзисторов, при помощи которых постоянный ток будет преобразовываться в высокочастотный переменный. Провода, соединяющие эти выводы, должны быть не длиннее 15 см. Между блоком питания и инверторным блоком, основу которого и составляют транзисторы, располагается лист металла, прикрепляемый к корпусу аппарата при помощи сварки.

Закрепление диодов на радиаторе

Конструкция

Для охлаждения всех мощных компонентов хорошо использовать радиаторы с вентиляторами от старых компьютеров Pentium 4 и Athlon 64. Мне эти радиаторы достались из компьютерного магазина делающего модернизацию, всего по 3…4$ за штуку.

Силовой косой мост нужно делать на двух таких радиаторах, верхняя часть моста на одном, нижняя часть на другом. Прикрутить на эти радиаторы диоды моста HFA30 и HFA25 через слюдяную прокладку. IRG4PC50W нужно прикручивать без слюды через теплопроводящую пасту КТП8.

Выводы диодов и транзисторов нужно прикрутить на встречу друг другу на обоих радиаторах, а между выводами и двумя радиаторами вставить плату, соединяющею  цепи питания 300вольт с деталями моста.

На схеме не указано нужно на эту плату в питание 300V припаять 12…14 штук конденсаторов по 0.15мк 630 вольт. Это нужно, чтобы выбросы трансформатора уходили в цепь питания, ликвидируя резонансные выбросы тока силовых ключей от трансформатора.

Остальная часть моста соединяется между собой навесным монтажом проводниками не большой длины.

Ещё на схеме показаны снабберы, в них есть конденсаторы С15 С16 они должны быть марки К78-2 или СВВ-81. Всякий мусор туда ставить нельзя, так как снабберы выполняют важную роль:

первая — они глушат резонансные выбросы трансформатора  

вторая —  они значительно уменьшают потери IGBT  при выключении так как IGBT открываются быстро, а вот закрываются гораздо медленнее и во время закрытия емкость С15 и С16 заряжается через диод VD32 VD31 дольше чем время закрытия IGBT,  то есть этот снаббер перехватывает всю мощь на себя не давая выделяться теплу на ключе IGBT  в три раза чем было бы без него.

Когда IGBT быстро открываются, то через резисторы R24 R25 снабберы плавно разряжаются и основная мощь выделяется на этих резисторах. 

Как сделать своими руками?

Хотя инверторные сварочные аппараты в широкой продаже в современном исполнении, стали доступны относительно недавно, они не являются чем-то новым. По сути, добавилось только удобное цифровое управление и более современные электронные компоненты.

Принцип же работы, как и сам аппарат были разработаны несколько десятков лет назад, да и сегодня, многие схемы сборки актуальны. Собрать самостоятельно инвертор можно имея старые электротехнические детали, на основе современных электронных компонентов. Такой аппарат выйдет значительно дешевле, чем заводской аналог.

Необходимые материалы и инструменты

Для сборки аппарата понадобятся:

• Ферритовый сердечник для силового трансформатора.
• Шина из меди или проволока для создания обмоток.
• Фиксирующая скоба для соединения половинок сердечника.
• Термостойкая изолента.
• Компьютерный вентилятор.
• Транзисторы.
• Паяльник, пассатижи, кусачки.

Схемы

На сегодняшний день, все схемы сварочных инверторов унифицированы и построены на основе использования импульсного трансформатора и мощных транзисторов типа MOSFET.

Каждый из производителей вносит незначительные изменения в виде фирменных разработок, однако, в общем функционал аппарата не претерпевает каких-либо существенных изменений.

За основу также может браться принципиальная схема Юрия Негуляева – ученого и разработчика отечественного сварочного аппарата инверторного типа.

Пошаговое руководство

1. Для размещения всех элементов необходимо подобрать корпус. Рекомендуется использовать старый системный компьютерный блок, так как там уже предусмотрены отверстия для вентиляции.
2. Необходимо увеличить прочность корпуса, так как вес агрегата может достигать до десяти килограмм. Для этого, в углах устанавливаются металлические уголки на резьбовом крепеже.
3. Первичная обмотка трансформатора – намотка проволоки производится по всей ширине каркаса, это способствует стабильной работе трансформатора при перепаде напряжений. Для намотки используются только медные провода, при отсутствии шины, несколько проводов соединяются в пучок.
4. Вторичная обмотка трансформатора – наматывается в несколько слоев, для этого используют несколько проводов сечением 2 мм, соединенных в пучок.
5. Между обмотками необходим усиленный слой изоляции, во избежание попадания на вторичную обмотку сетевого напряжения.
6. Между сердечником трансформатора и обмотками предусматривается воздушный зазор, для обеспечения циркуляции воздуха.
7. Отдельно на ферритовом сердечнике выполняется трансформатор тока, при сборке закрепляющийся на плюсовой линии и соединяющийся с панелью управления.
8. Транзисторы необходимо прикрепить к радиатору, но обязательно через термопроводящую диэлектрическую прокладку. Это обеспечит эффективный теплоотвод и защиту от короткого замыкания.
9. Диоды выпрямляющего контура крепятся аналогичным способом, к пластине из алюминия. Выходы диодов соединяются неизолированным проводом сечением 4 мм.
10. Силовые проводники внутри корпуса разводятся таким образом, чтобы исключить короткое замыкание.
11. Вентилятор устанавливают на задней стенке, что сэкономит пространство и позволит обдувать сразу несколько радиаторов.

Электросхема сварочного инвертора

Список радиоэлементов

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом инверторных сварочных аппаратов является их размер, поскольку до этого, варить приходилось либо на стационарном посту, либо же, перемещать тяжелый сварочный трансформатор с помощью подручных средств, до места сварочных работ.

Благодаря двойному преобразованию, сварочный ток инвертора не зависит от сетевого и поэтому остается всегда с постоянными значениями, что позволило избежать таких неприятных явлений при сварке как:

• Залипание электрода.
• Отсутствие дуги при пониженном напряжении в сети.
• Пережог или недожог металла.

Инвертор универсален и подходит для сварки чугунных или цветных металлов соответствующими электродами, а также для аргонодуговой сварки неплавящимися электродами. Оператор имеет возможность регулировать ток в широких пределах.

Недостаток инверторов – это относительно высокая стоимость по сравнению с трансформаторами, но учитывая имеющиеся преимущества, он полностью нивелируется. Как и любая электроника, микросхемы аппарата требуют бережного отношения, поэтому рекомендуется периодически очищать внутреннее пространство от пыли.

Также электроника может выйти из строя в условиях низких температур или высокой влажности, поэтому окружающие условия должны согласовываться с паспортными данными прибора.

Предпусковая диагностика аппарата

Диагностика и подготовка сварочного инвертора к работе – это не менее важный процесс, чем сама сборка.

Инвертор запитывается от 15 В и подключается к плате ШИМ. Параллельно подается питание на конвектор, что уменьшит нагрев устройства и снизит шум.

После зарядки конденсаторов подключается реле, необходимое для замыкания резистора. Таким образом снижаются скачки напряжения при включении инвертора.

Включение инвертора в сеть 220 В в обход резистора может вызвать взрыв.

Теперь нужно проверить срабатывание реле замыкания резистора после подачи тока на ШИМ. Диагностируются импульсы на плате через несколько секунд после срабатывания реле. Для проверки исправности и работоспособности моста на него подается питание 15 В. Устанавливается холостой ход и сила тока выше 100 мА.

Правильность монтажа трансформаторных фаз контролируется осциллографом на 2 луча. Предварительно включается питание моста от конденсаторов с использованием лампы 200 Вт на 220 В. Частота ШИМ устанавливается 55 кГц. На осциллографе нужно отследить, чтобы напряжение не превышало 330 В.

Частота собранного сварочного инвертора определяется плавным снижением частоты ШИМ до появления на нижнем ключе IGBT незначительного заворота. Полученный показатель делится на два, а к результату добавляется частота пресыщения. Итоговое число будет рабочим колебанием частот трансформатора.

Потребление моста должно быть в пределах 150 мА. Свечение лампы неяркое. Интенсивный свет указывает на пробой обмотки либо на погрешности конструкции моста. У трансформатора не должно быть звуковых и шумовых эффектов. В случае их появления проверяют полярность. Тестовое питание на мост подключают с помощью бытового прибора, например чайника, на 2,2 Вт.

Проводники, выходящие от ШИМ, делают короткими, скручивают и укладывают дальше от источников помех. Ток инвертора постепенно повышается через резистор. Нижний ключ по показаниям осциллографа должен оставаться в пределах 500 В. Стандартный показатель составляет 340 В. Появление шума способно вывести из строя IGBT.

Пробную сварку начинают с 10 с. После этого проверяют радиаторы. Если они не холодные, то продлевают сварку до 20 с. Затем уже можно варить 1 минуту и дольше.

Трансформатор перегревается после использования 2–4 электродов. Для охлаждения вентилятору достаточно 2 минут, после чего работу продолжают.

Поделитесь опытом изготовления инвертора своими руками в комментариях к данной статье.

Вместо заключения

Вот и все, что вам нужно знать о сборке инвертора своими силами. В видеоролике показан довольно простой аппарат, который, тем не менее, способен годами работать, не доставляя никаких проблем с его эксплуатацией и обслуживанием. В интернете есть различные схемы сварочных инверторов, так что вы можете выбрать наиболее понятную и простую для себя. Некоторые умельцы собирают инверторы, которые сложно применить в быту, но их сборка может принести массу положительных эмоций. Посмотрите на этот миниатюрный простой сварочный инвертор на одном транзисторе в ролике ниже. Вы можете собрать такой же ?

Обслуживание и ремонт

Для сборки, обслуживания и ремонта сварочного аппарата инверторного типа необходимо иметь достаточный уровень электротехнических знаний. При отсутствии таковых и необходимости ремонта, пользователь может производить лишь текущее обслуживание:

• Чистка аппарата от пыли – производится пылесосом при открытом корпусе. Если аппарат используется постоянно в строительных работах, то необходима регулярная чистка.
• Замена предохранителя – защищает схемы аппарата от повреждений при перегрузке и коротких замыканиях.
• Ремонт коммутирующих частей на сварочных кабелях.

Управление

При размещении электронных плат аппарата возможно применять фольгированный текстолит с толщиной 0,5 – 1 миллиметр.

Чтобы обеспечить автоматическое управление работой инверторной сварки следует купить и смонтировать ШИМ-контроллер. Он будет стабилизировать силу сварного тока и уровень напряжения. Для удобного управления в лицевой части размещаете все органы управления и точки подключения.

Сварочный полуавтомат из инвертора

В технологических процессах требуется сваривание шаблонных деталей и наибольшего качества можно добиться используя автоматические и полуавтоматические сварочные установки с подачей проволоки для сваривания. Получить такое устройство из самодельного или промышленного инвертора, можно только при наличии соответствующих знаний и правильной перенастройке блока управления.

Дело в том, что источники питания для ручной и полуавтоматической сварки проектируются с различными вольтамперными характеристиками, и инвертор к которому добавлен только механизм для подачи проволоки, будет в итоге давать неровный шов с рваными краями.

Корпус

После создания главных элементов инверторной сварки можно приступать к подготовке корпусных деталей. При планировании нужно учитывать ширину трансформатора, так как он должен беспрепятственно размещаться в корпусе. Исходя из этого размера следует добавить примерно 70% пространства для остальных деталей. Защитный кожух возможно сделать из листового железа, толщиной 0,5-1 миллиметра. Соединение элементов можно проводить при помощи сварки, болтов. Более изысканным вариантом будет цельная конструкция из выгнутых исходных материалов. Обязательны ручки и крепления для ремня, чтобы переносить аппарат.

При разработке инвертора нужно учесть возможность простой разборки для доступа к внутренним компонентам, чтобы их легко отремонтировать. Лицевая сторона также должна содержать:

• Переключатель силы тока;
• Кнопка, которой аппарат будет включаться/отключаться;
• Световые элементы индикации;
• Разъемы для подключения кабелей.

Заводские инверторы окрашиваются порошковым красителем. В быту можно использовать обычную краску. Нанести покрытие стоит для исключения появления ржавчины.

Советы и рекомендации

1. Следует помнить, что силовые конденсаторы и транзисторы в схеме инвертора, требуют дополнительных мер безопасности, в частности, обязательного наличия токоограничивающего резистора. Подача тока без него может привести к взрыву.
2. Не следует удлинять сварочные кабели, их длина не может превышать 2,5 метра.

Подключение

Собранный сварочный аппарат нужно подключать в электросеть. При подключении к розетке следует предусмотреть наличие предохранителя или автоматического выключателя. Для защиты на входе в инвертор можно установить автоматический выключатель на 25 ампер.

Если точка подключения удалена, то можно использовать удлинитель.

Включение аппарат происходит по стандартной схеме – с помощью кнопки «вкл/откл». Должна загореться индикация, обычно для этого используется зеленый светодиод.

Производить подключение к сети необходимо проводом, имеющим сечение минимум 1,5 мм2. Однако оптимальным сечением будет провод 2,5 мм2.

Перед включением аппарата в электросеть следует проверить наличие изоляции всех высоковольтных элементов от корпусных деталей.

Проверка работоспособности

После проведения всех работ по сборке и отладке необходимо осуществить проверку работоспособности созданного инвертора.

По рекомендациям специалистов необходимо провести проверку силы тока и напряжения аппарата с использованием осциллографа. Нижняя петля по напряжению должна составлять до 500 вольт, не превышая значения в 550 В. Если все конструктивные требования соблюдены, то уровень напряжения будет составлять 330 – 350 вольт. Но этот метод доступен не всегда, ведь не у каждого дома имеется свой подобный измерительный прибор.

Зачастую проверка проводится в действии непосредственно сварщиком. Для этого проводится создание пробного шва с полным выгоранием электрода. По окончанию пробного сваривания нужно проверить температуру на трансформаторе. Если она зашкаливает, то в схеме имеются какие-то недоделки и следует все перепроверить.

Если температура силового блока в норме, то можно провести еще 2-3 пробных захода. После этого проверить температуру радиаторов. Они также могут перегреваться. Если после двух – трех минут они приходят в норму, то можно смело продолжать работу.

Безопасность

Все проводимые операции, за исключением проверки работоспособности, необходимо проводить исключительно на обесточенном оборудовании. Каждый элемент рекомендуется заранее проверить, чтобы после установки он не вышел из строя из-за перенапряжения. Основные правила электробезопасности также обязательны к выполнению.

Таким образом сделать самодельную инверторную сварку по силам практически каждому. Предложенное описание должно помочь разобраться во всех нюансах. Если изучить видео уроки и фото материалы, то собрать устройство не составит труда.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...