Не торопясь, собираем сварочный полуавтомат своими руками. Часть 2 – основная схема аппарата

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:

kosoy-blok-sxema

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.

Описание схемы инвертора

pa-sxema

Полуавтомат сварочный инверторный, работающий в режимах ММА (дуговая сварка) и MAG (сварка специальной проволокой в газовой среде).

Схема сварочного полуавтомата запитывается от двух источников – силового +300V и маломощного +16V.

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

k-zapУзел 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.

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

Все статьи по сборке этой сварики:

    Cтатьи из категории: Cвоими руками

  • Хотите, чтобы пол всегда был теплым?

    Человечество всегда стремилось к комфорту своего жилища, который в значительной степени зависит от внутренней температуры окружающего воздуха. Для обогрева помещения люди использовали разные способы, но искали среди них наиболее эффективные. […]

  • Красивое освещение ванной комнаты своими руками

    Содержание: Виды осветительных приборов Типы ламп для осветительных устройств Применение светодиодных светильников Связь освещения с размерами помещения Особенности монтажа электропроводки ванных комнат

  • Красивая светодиодная подсветка своими руками

    Поиски новых, оригинальных способов смещения восприятия пространственных объёмов в современном жилище (таких, например, как устройство многоуровневого потолка, окраска стен в яркие контрастные цвета или же использование напольной подсветки) ведутся уже […]

  • Электрическая проводка в доме

    При определённых обстоятельствах (например, в том случае, когда возникает необходимость в увеличении мощности проводки) вам непременно придётся столкнуться с вопросом о том, как сделать электропроводку в квартире своими руками. При […]

  • Меняем электропроводку в доме

    Строительство загородного дома стало в последнее время не экзотикой, а вполне обычным делом. Очень часто в качестве строительного материала используется дерево. Но сам по себе дом – это далеко не […]

  • Производим подключение светильника через двухпозиционный переключатель

    После покупки люстры с двумя и более патронами, процесс ее подключения может несколько осложниться, если к бывшему светильнику был проложен двужильный кабель. Для осуществления возможности зажигания ламп люстры по отдельности […]

  • Подключаем бытовую электроплиту

    Существует ряд субъективных и объективных факторов, благодаря которым электрические кухонные плиты все еще пользуются популярностью у многих хозяюшек. Где-то нет возможности пользоваться газовой плитой из-за отсутствия централизованного газоснабжения. Кому-то эксплуатация […]

  • Ремонт энергосберегающих ламп своими руками

    Электрические энерго-сберегающие лампочки прочно вошли в наш быт, повсеместно заменяя устаревшие “лампочки ильича”. К сожалению, качество и долговечность далеки от идеала и даже от заявленного ресурса работы… А может, просто […]

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *