1. Блок-схема прямоходового перетворювача "косою міст"
2. Опис схеми інвертора
3. Плата керування
4. Генератор, що задає
5. Зворотній зв'язок по току
6. Зворотній зв'язок по напрузі
7. блок термозахисту
8. Вузол управління реле
9. Силовий блок на транзисторах HGTG30N60A4
10. Силовий трансформатор і випрямні діоди
11. Розрахунок зварювального трансформатора
12. Вибір перерізу проводів первинної та вторинної обмоток, намотування трансформатора
13. Схема зварювального напівавтомата - випрямні діоди

В основу силової частини нашого саморобного зварювального напівавтомата інверторного типу взята схема асиметричного моста, або як його ще називають, "косою міст". Це однотактний прямоходового перетворювач. Переваги такої схеми - простота, надійність, мінімальна кількість деталей, висока стійкість. До сих пір багато виробників випускають свої вироби за схемою "косого моста". Без недоліків теж не обійтися - це великі імпульсні струми від блоку живлення, менший, ніж в інших схемах, ККД, великі струми через силові транзистори.

Блок-схема прямоходового перетворювача "косою міст"

Блок схема такого апарату показана на малюнку:

Транзистори силові VT1 і VT2 працюють в одній фазі, т.е.одновременно відкриваються і закриваються, тому в порівнянні з повним мостом струм через них в два рази більше. Трансформатор TT забезпечує зворотний зв'язок по току.
Дізнатися більше про всіх типах інверторних перетворювачів для зварювальних апаратів можна з книги саморобні зварювальні апарати напівавтомати схеми .

Опис схеми інвертора

Напівавтомат зварювальний інверторний, що працює в режимах ММА (дугова зварка) і MAG (зварювання спеціальної дротом в газовому середовищі).

Схема зварювального напівавтомата живиться від двох джерел - силового + 300V і малопотужного + 16V .

Плата керування

На платі управління встановлені наступні вузли інвертора: задає генератор з трансформатором гальванічної розв'язки, блоки зворотного зв'язку по струму і напрузі, вузол управління реле, блок термозахисту, блок "антістік".

Друкована плата блоку управління в форматі .lay

Генератор, що задає

Вузол регулювання струму (для режиму MMA) і задає генератор (ЗГ) зібрані на мікросхемах LM358N і UC2845. Як ЗГ обрана UC2845, а не більше поширена UC3845 зважаючи на стабільних параметрів першої.

Частота генерації залежить від елементів С10 і К19, і розраховується за формулою: f = (1800 / (R * C)) / 2, де R і С в кілоомах і нанофарадах, частота в кілогерцах. В даній схемі частота становить 49КГц.

Ще один важливий параметр - коефіцієнт заповнення, що розраховується за формулою Кзап = t / T. Він не може бути більше 50%, і на практиці становить 44-48%. Залежить він від співвідношення номіналів С10 і R19. Якщо конденсатор брати якомога менше, а резистор - якомога більше, то Кзап буде близький до 50%.

Сформовані ЗГ імпульси подаються на ключ VT5, який працює на трансформатор гальванічної розв'язки T1 (ТГР), намотаний на сердечник EE25, застосовуваний в електронних блоках запуску люмінесцентних ламп (електронних баласту). Всі обмотки видаляються і намотуються нові згідно зі схемою. Замість транзистора IRF520 можна використовувати будь-який з цієї серії - IRF530, 540, 630 і ін.

Datasheet BS170
Datasheet IRF520
Datasheet LM358N
Datasheet UC2845
Документація на малогабаритні сердечники EE, EI і інші

Зворотній зв'язок по току

Як згадувалося раніше, для дугового зварювання важливо стабільний струм на виході, для напівавтоматичного - постійна напруга. На трансформаторі струму TT організований зворотний зв'язок по току, він являє собою ферритові кільце типорозміру До 20 х 12 х 5, одягнене на нижній (за схемою) висновок первинної обмотки силового трансформатора. Залежно від струму первинної обмотки T2 ширина імпульсів генератора, що задає зменшується або збільшується, підтримуючи вихідний струм незмінним.

Зворотній зв'язок по напрузі

Зварювальний напівавтомат інверторного типу вимагає ОС по напрузі, для цього в режимі MAG перемикачем S1.1 напруга з виходу пристрою подається на вузол регулювання вихідної напруги, зібраного на елементах R55, D18, U2. Потужний резистор К50 задає початковий струм. А контактами S1.2 ключ на транзисторі VT1 закорачивает на максимум струму регулятор R2, і ключ VT3 відключає режим "антістік" (відключення ЗГ при залипання електрода).
Документація на керований стабілітрон KA431
Документація на оптрон EL817

блок термозахисту

Саморобний зварювальний напівавтомат має в складі схему захисту від перегріву: це забезпечує вузол на транзисторах VT6, VT7. Датчики температури на 75 ° С (їх два, нормально замкнуті, з'єднані послідовно) встановлені на радіатор вихідних діодів і на один з радіаторів силових транзисторів. При перевищенні температури транзистор VT6 закорачивает на землю висновок 1 UC2845 і зриває генерацію імпульсів.

Вузол управління реле

Даний блок зібраний на мікросхемі DD1 CD4069UB (аналог 561ЛН2) і транзисторі VT14 BC640. Ці елементи забезпечують наступний режим роботи: при натисканні на кнопку відразу включається реле клапана газу, приблизно через секунду транзистор VT17 дозволяє запуститися генератору і одночасно включається реле протяжного механізму.

Безпосередньо реле, керуючі "протяжкою" і клапаном газу, а також вентилятори живляться від стабілізатора на МС7812, змонтованому на платі управління.

Силовий блок на транзисторах HGTG30N60A4

C виходу ТГР імпульси, попередньо сформовані драйверами на транзисторах VT9 VT10, подаються на силові ключі VT11, МЕ12. Паралельно з висновками колектор-емітер цих транзисторів підключені "снаббери" - ланцюжки з елементів С24, D47, R57 і C26, D44, R59, службовці для утримання потужних транзисторів в області допустимих значень. У безпосередній близькості від ключів встановлений конденсатор С28, зібраний з 4-ох ємностей 1мк х 630v. Стабілітрони Z7, Z8 необхідні для обмеження напруги на затворах ключів на рівні 16 вольт. Кожен транзистор встановлений на радіатор від комп'ютерного процесора з вентилятором.
Документація на транзистори HGTG30N60A4
Друкована плата силового блоку в форматі .lay

Силовий трансформатор і випрямні діоди

Основний елемент схеми зварювального напівавтомата - потужний вихідний трансформатор T2. Він зібраний на двох сердечниках E70, матеріал N87 фірми EPCOS.

Розрахунок зварювального трансформатора

Витки первинної обмотки розраховані за формулою: N = (Uпит * tімп) / (Bдоп * Sсеч),
де Uпит = 320B - максимальна напруга живлення;
tімп = ((1000 / f) / 2) * К - тривалість імпульсу, К = (Кзап * 2) / 100 = (0,45 * 2) / 100 = 0,9 tімп = ((1000/49) / 2 ) * 0,9 = 9,2;
ВДОП = 0,25 - допустима індукція для матеріалу сердечника;
Sсеч = 1400 - перетин сердечника.
N = (320 * 9.2) / (0,25 * 1400) = 8.4, округляємо до 9 витків.
Ставлення витків вторинки до первинки має бути приблизно 1/3, тобто мотаємо 3 витка вторинної обмотки.

Силовий трансформатор можна мотати і на іншому типорозмірі, розрахунок витків здійснюється за наведеною вище формулою. Наприклад, для сердечника 2 х Е80 при f = 49Khz витків в первинці: 16, вторинці: 5.

Документація на великогабаритні Ш-образні сердечники EPCOS

Вибір перерізу проводів первинної та вторинної обмоток, намотування трансформатора

Перетин проводів вибираємо з розрахунку 1мм.кв = 10А вихідного струму. Даний апарат повинен видавати в навантаженні приблизно 190А, тому беремо перетин вторинки 19мм.кв (джгут з 61 дроту діаметром 0,63мм). Перетин первинки вибирається в 3 рази менше, тобто 6мм.кв. (Джгут з 20 проводів діаметром 0,63мм). Перетин дроту в залежності від його діаметра розраховується як: S = D² / 1,27 де D - діаметр проводу.

Намотування проводиться на каркас з текстоліту 1мм, без бічних щічок. Каркас одягнений на дерев'яну оправлення за розмірами сердечника. Мотається первинна обмотка (всі витки в один шар). Потім 5 шарів щільної трансформаторної паперу, наверх - вторинна обмотка. Витки стиснуті пластмасовими стяжками. Потім каркас з обмотками знімається з оправлення і просочується лаком у вакуумній камері. Камера була зроблений з літрової банки з щільною кришкою і виведеним шлангом, одягненим на всмоктувальну трубку компресора від холодильника (можна просто опустити транс в лак на добу, думаю, теж просочиться).

При установці трансформатора на плату під бічні керни кладемо банкоматівського чек (робимо зазор приблизно 0,05). Після установки на плату транс стискається пластиною на двох шпильках. Від паразитних високочастотних викидів високої напруги на висновки вторинної обмотки одягаються ферритові трубки (такі, як стоять на комп'ютерному Відеокабелі), а діоди зашунтовані ланцюжками R64, С33 і R65 C34.

Один висновок "первинки" протягнуто через кільце трансформатора струму ТТ.

Схема зварювального напівавтомата - випрямні діоди

Випрямний блок нашого саморобного пристрою зібраний на трьох потужних діодах 150EBU04, встановлених на загальний радіатор з вентилятором. Дросель для зварювального напівавтомата намотаний на залозі від трансформатора ТС-180, містить 12 витків дроту перетином 20мм.кв. Зазор між половинами сердечника 1,5 мм.

Даташит на діоди 150EBU04

Всі статті по збірці цієї сварікі: