Как самостоятельно собрать импульсный сварочный аппарат

Функциональный и надёжный сварочный аппарат своими руками собрать не слишком сложно. Понадобятся элементарные навыки обращения с паяльником, умение читать электрические схемы. Впрочем, с помощью подробной инструкции даже новичок в состоянии сделать все необходимые действия правильно.

Компактный сварочный аппарат, созданный своими руками

Преимущества и особенности

С помощью сварки можно быстро создавать надёжные соединения металлических деталей, поэтому такая технология часто используется на практике.

Используя соответствующее оборудование, ремонтируют автомобили и садовую технику, восстанавливают целостность повреждённых конструкций и возводят новые сооружения. Наличие дома сварочного аппарата позволит не обращаться к дорогим услугам профессионалов. Но приобретение стандартного изделия в магазине сопряжено с достаточно большими затратами.

Сварочный аппарат фабричного производства

Если сделать сварочный аппарат дома самому, получится не только сэкономить. Личный подбор комплектующих, контроль выполнения рабочих операций, тщательная проверка – всё это обеспечит безупречное качество, ничем не уступающее фабричным аналогам. При возникновении неисправностей будет нетрудно восстановить функциональное состояние сварочного аппарата, без обращения в ремонтную мастерскую. Остаётся только правильно выбрать схему.

Если собрать лёгкий и прочный корпус, оснастить его ремнём, то можно будет удерживать сварочный аппарат на плече в процессе сварки. Наиболее совершенные модели в состоянии дать ток 160-180 А, при маленьком весе. Аналогичный сварочный аппарат, собранный по «классической» схеме в несколько раз больше. Он весит от 12 кг и более.

Необходимый результат получают с помощью следующих преобразований:

• Ток из стандартной сети (220 V, 50-60 Гц) выпрямляется.
• Чтобы устранить паразитные пульсации используют фильтр.
• Далее с помощью транзисторов, выполняющих функции коммутаторов, ток преобразуется в переменный.
• Следующий этап, снижение напряжения, позволяет получить на выходе сварочного аппарата сильный ток, достаточный для сварочных процедур.

Чтобы упростить задачу, из состава оборудования исключают специальный механизм, который в автоматическом режиме обеспечивает подачу проволоки.

Следующая принципиальная схема сварочного аппарата нужна для создания в домашних условиях блока питания.

Схема блока питания, применяемая в домашних условиях

Данные, которые обеспечат стабильность параметров сварочного аппарата

Блок питания собран из стандартных деталей с применением типовых схемотехнических решений. Элементы крепят на плате из текстолита. Параметры единственного нестандартного изделия (трансформатора) приведены выше в таблице. При желании можно использовать иную принципиальную схему, обеспечивающую аналогичные параметры выходных токов и напряжений.

На рисунке ниже приведена принципиальная схема основного блока.

Импульсный сварочный аппарат – принципиальная схема

Особенности, которые нужно учитывать в процессе сборки основного блока сварочного аппарата дома:

• Если использовать стандартные данные, то выходная частота сварочного аппарата получится около 41-42 кГц. Чтобы повысить её на 8-10 кГц, можно сделать иное количество витков во вторичной обмотке трансформатора.
• Для намотки трансформатора сварочного аппарата используют широкие (40 мм) полоски из меди толщиной 0,3 мм. Их изолируют специальной промасленной бумагой. Такое решение применено с целью блокировки поверхностных токов. При высокой частоте они смещаются из центра проводника, что не позволяет использовать его оптимальным образом.

Дополнительной проблемой является одновременный сильный нагрев сварочного аппарата. Приходится существенно увеличивать слой изоляции, чтобы предотвратить пробой.

• Вторичная обмотка создаётся из медных полос, которые разделяют предварительно слоем плёнки, изготовленной из фторопласта. Этот материал устойчив к нагреву и обладает отличными изоляционными характеристиками.
• Несколько проще сделать вторичную обмотку трансформатора сварочного аппарата из многожильных проводов с диаметром жил от 0,4 до 0,6 мм. Такой вариант хуже. Между проводниками останутся промежутки воздуха, то есть участки с низким коэффициентом теплопередачи. Итоговая площадь обмотки (в сечении) получится гораздо больше.

Параметры изделий сварочного аппарата, которые необходимо собрать

Мини-аппарат

При свободном расположении элементов на платах сварочного аппарата теплоотвод будет достаточным для нормального функционирования большинства деталей.

Хорошие условия для длительного сохранения работоспособности будут получены только при выполнении следующих условий:

• Для сборки силового моста используют два радиатора.
• Диоды сварочного аппарата HFA (25 и 30) можно изолировать типовыми прокладками из слюды.
• IRG4PC50W нагреваются сильнее, поэтому их крепят специальным составом ТС-10 или аналогом. Выполнять эту операцию будет удобнее, если приобрести термопасту в специальном шприце. Это приспособление пригодится для точного дозирования.
• В некоторых ситуациях импульсы тока способны создать резонансные колебания. Чтобы исключить такие явления сделать надо небольшую модернизацию стандартной схемы сварочного аппарата. Например, можно вставить сборку из конденсаторов между питанием 300 V и точкой соединения диодов моста.
• При покупке конденсаторов С15 (16) сварочного аппарата следует тщательно выбрать качественные изделия, созданные ответственными производителями. Затраты не будут чрезмерные. Но такая предусмотрительность снизит вероятность появления паразитных резонансных помех. Эти же конденсаторы, функционирующие полноценно, улучшат показатели производительности транзисторных ключей.
• Чтобы охлаждение сварочного аппарата было эффективным, помимо достаточного количества отверстий в корпусе, пригодится монтаж 2-3 вентиляторов.

Вентилятор, который применяется для охлаждения блока питания компьютера

Настройка и проверка мини-аппарата

Точное соблюдение инструкций поможет без ошибок собрать и настроить импульсный сварочный аппарат («мини») в домашних условиях:

• Начинают с подачи питающего напряжения на широтно-импульсный модулятор.
• Проверяют срабатывание реле сварочного аппарата К1 при полном заряде конденсаторного блока С9- С12. Эта цепь замыкает резистор R11, что снижает амплитуду скачка тока, когда аппарат включается. В нормальном состоянии реле срабатывает в интервале от 1 до 11 с., когда на ШИМ подано 15 V.
• На выходе этой платы проверяют наличие импульсов прямоугольной формы. Здесь понадобится осциллограф. Его можно взять в аренду, если нет планов последующего применения измерительной аппаратуры.

Как выглядит двухканальный осциллограф

• Далее надо посмотреть, какое напряжение на затворах транзисторов сварочного аппарата. Нормальный уровень будет в интервале от 15,9 до 16,1 V. Ниже – возможно. Превышение – недопустимо.
• В режиме холостого хода проверяется работа выпрямительного моста. Нужно, чтобы ток потребления не был больше 95 мА. Для этой операции используют напряжение 14-16 V.
• Чтобы убедиться в том, что фазы импульсов в обмотках соответствуют норме, также понадобится осциллограф. Сигнал для одного луча берут от первичной обмотки силового трансформатора сварочного аппарата. Для другого – от вторичной. При необходимости, корректируют амплитуды. Фазы (при разном напряжении) должны совпадать.
• Далее проверяют форму сигналов на выходе ключевых транзисторов сварочного аппарата. Максимальная амплитуда не должна превышать 325-335 V. Осциллограф подключается к эмиттеру и коллектору. На диодный мост подают питание через нагрузку. Её имитируют стандартной лампой накаливания мощностью 200 Вт. Частоту широтно-импульсного модулятора предварительно настраивают на 54 кГц. Это можно сделать с помощью осциллографа.
• Предыдущий пункт – предварительная настройка сварочного аппарата. После получения нужных параметров снижают медленно частоту модулятора до момента, пока на нижней половине импульса не образуется изгиб. Это свидетельство того, что трансформатор перенасыщен. На этом уровне фиксируют частоту. Её делят на два, полученное значение складывают с первичным параметром. Полученный результат – рабочая частота. Если 32 Гц – частота перенасыщения, то используют следующую цепочку вычислений: 32/2=16; 16+32=48 Гц (рабочая частота модулятора и трансформатора).
• В этом режиме замеряют ток потребления диодного моста сварочного аппарата. Он должен быть в пределах диапазона 140-160 мА. При пробое обмоток ток через нагрузку увеличится, контрольная лампа накаливания будет ярко светить.
• На выходе аппарата создают индуктивную нагрузку. Для этого подсоединяют проводник длиной 2-2,5 м.
• Увеличивают проверочную нагрузку сварочного аппарата с помощью потребителя большой мощности. Подойдёт обычный бытовой электрический чайник с нагревательным элементом более 2 кВт. При замкнутом выходе аппарата проверят напряжение на нижнем ключе диодного моста. Оно должно быть менее 360 V (амплитуда сигнала проверяется с помощью осциллографа).
• В этом же режиме прислушиваются. Если зафиксирован шум, проверяют правильность фазировки датчика тока сварочного аппарата (кольцо на ферритовых сердечниках).
• Источниками помех могут быть: дроссель L2, силовые провода, основной трансформатор. Их компенсировать можно изменением расстояний, или установкой специальных экранов. Чувствительные элементы, воспринимающие электромагнитные колебания, это модулятор и оптроны.
• Далее увеличивают ток, изменяя сопротивление резистором R Контролируют расширение импульса на нижнем транзисторном ключе сварочного аппарата. Когда достигнуто максимальное значение, амплитуда не должна превышать 540 V.
• Предыдущую процедуру повторяют, отключив нагрузку. В том и другом случае контролируется отсутствие шумов.

Видео

Сделать дома сварочный аппарат можно. Для этого необходимо точно воспроизвести технологии, описанные в статье. Нужно внимательно относиться ко всем этапам процесса, тщательно выполнять настройку. Эту принципиальную схему можно модернизировать, изменяя рабочую частоту и некоторые другие параметры. Чтобы аппаратом было удобно пользоваться, необходимо продумать конструкцию наплечных ремней, обеспечить хорошую устойчивость оборудования на поверхности.