Воспользуйтесь поиском по сайту:

 
Главная > Сварочные аппараты > Импульсный электродуговой сварочный аппарат
 

Импульсный электродуговой сварочный аппарат

В нашем коллективе давно витала идея создания небольшого, компактного, лёгкого, но в то же время приемлемого по параметрам сварочного аппарата. Однако, наша частичная безграмотность и неосведомлённость не позволяла нам решить проблему, так сказать, "с ходу".

Единственное, что мы знали, что напряжение холостого хода у всех "обычных" аппаратов - около 60-ти вольт, а токи достигают 150-200 ампер.

Но... но тут мы узнали, что идея наша не нова, и некоторые уже для себя её давным давно решили. Одним умельцем был изготовлен электродуговой сварочный аппарат, который при токе сварки от 30-ти до 80-ти ампер имел вес всего 7.5 кг и запросто умещался в дипломате.

Некоторые скажут: "Маловато! Маловато будет!". А что, для того, чтобы варить автомобиль вполне достаточно, да и забор на даче в случае чего подварить хватает...

Главное, что этот аппарат можно было подключать в обычную бытовую розетку ~220 вольт! (Его КПД - больше 85%).

Этот сварочный аппарат послужил прообразом для воплощения нашей идеи.

Естественно, что в первоначальную схему было внесено масса изменений.

Во-первых, возбуждение преобразователя было сделано от внешнего генератора (в той схеме преобразователь "самовозбуждающийся" с насыщающимся выходным трансформатором).

Во-вторых, добавлена схема "мягкого" запуска для предотвращения перегорания диодов сетевого выпрямителя в момент включения в сеть.

В-третьих, для измерения тока первичной обмотки (а вместе с ним и во вторичной) был применён компаратор 554СА3 (вместо схемы на транзисторе КТ315 и тиристоре КУ112).

В-четвёртых, были разделены выходные обмотки и выходные выпрямители.

После всех доработок, изменений и расчётов была рождена схема, с которой мы вас сейчас познакомим.

Преобразователь. Силовая часть сварочного аппарата

Ниже приведена так называемая "силовая" часть. Самодельный импульсный сварочный аппарат

Спецификация деталей "силовой части"

Обозначение на схеме Марка элемента Примечания
ДИОДЫ
VD1 - VD8 КД 203 Установлены на радиаторах
VD9 - VD11 КД 226Д
VD12 КД 102Б
VD13 КД 522
VD14, VD15 КД 102А
VD16 - VD17 КД 213А
VD18 - VD19 КД 212А
VD20 - VD21 КД 212А
VD22 - VD27 КД 209А
VD28 - VD29 КС162А
VD30 КД 2990А (КД 2997А)
VD31 - VD42 КД 2997А
ТИРИСТОР
VT1 Т122-25-6 Установлен на радиаторе
ТРАНЗИСТОРЫ
VT2 - VT3 КТ 315Г
VT4 КТ 209М
VT5 - VT6 КТ 972А
VT7 - VT8 КТ 878А Установлены на радиаторе
МИКРОСХЕМЫ
DA1 142КРЕН5А
ТРАНСФОРМАТОРЫ, ДРОССЕЛИ
Т1 См. примечания См. намоточные данные
Т2 Ш10х10 НМ-2000
Т3 К12х8х3 НМ-2000
Т4 - Т5 2хК20х10х НМ-2000
Т6 2хК28х16х9 НМ-2000
Т7 2хШх20х28 НМ-2000
L1 - L4 ПХ 4748003 (...почему-то изготовлены на "железе"...) (применялись в БП ЭВМ "ЕС")
РЕЗИСТОРЫ
R1 10 Ом не менее 5 Вт
R2 10 кОм 2 Вт
R3 Переменное 1кОм
R4 1 кОм
R5 22 кОм
R6 150 кОм
R7 10 кОм
R8 27 кОм
R9 10 кОм
R10 10 кОм 2 Вт
R11 1,5 кОм
R12 1,8 кОм
R13-15 Общее: 470 Ом не менее 25 Вт
R16 - R17 0,5 Ом 2 Вт
R18 - R20 Общее: 0,01 Ом не менее 5 Вт
R21, R23 2,2 кОм
R22, R24 6,8 кОм
R25 1,2 кОм
R26 68 кОм
R27 - R28 750 Ом
R29 200 Ом
R30 Переменное 1кОм
R31 - R34 47 Ом
КОНДЕНСАТОРЫ
С1 0,47 мкФ х 800 В
С2 10,0 мкФ х 350 В
С3 0,047 мкФ х 600 В
С4 0,022 мкФ
С5 0,1 мкФ х 50 В
С6 0,1 мкФ
С7 0,047 мкФ
С8 0,047 мкФ х 800 В
С9 - С12 Суммарно 2000,0 мкФ х 350 В
С13 Подбирается при настройке
С14 Подбирается при настройке
С15, С16 56 пФ
С17 ~0,1 мкФ х 250 В
С18 470,0 мкФ х 35 В
С19, С21, С23, С25, С27, С29, С31 0,1 мкФ
С20 470,0 мкФ х 16 В
С22, С26, С30 10,0 мкФ х 16 В
С24, С28 68,0 мкФ х 35 В
С31 - С34 0,022 мкФ

Схема управления: задающий генератор, компаратор, схема запуска.

Схема управления и часть схемы запуска: Схема управления сварочного аппарата

Спецификация деталей схемы управления

Обозначение на схеме Марка элемента Примечания
ДИОДЫ
VD1 КД503 Любой маломощный
ТРАНЗИСТОРЫ
VT1, VT8, VT9 КТ315 Возможны любые аналоги
VT2 - VT5 КТ361 Возможны любые аналоги
VT6, VT7 КТ605БМ Возможны любые аналоги
МИКРОСХЕМЫ
DA1 К155ЛА3 (ЛА12) Возможны любые аналоги
DA2 К544СА3
DA3 К155АГ3
DA4 К155ТМ2 (К1531ТМ2) Возможны любые
DA5 К155ЛА1 (К155ЛА6) Возможны любые аналоги
РЕЗИСТОРЫ
R1, R2, R5, R8, R10 2,2-4,7 кОм В зависимости от применяемых микросхем
R3 27 кОм
R4 4,3 кОм
R6 Подбирается при настройке В справочнике по микросхемам под редакцией Шило есть графики расчёта длительностей импульсов, получаемых с одновибратора 155АГ3
R7 Подбирается при настройке
R9 330 Ом
R11, R13, R15, R17 3,3 кОм
R12, R14, R16, R18 2,7 кОм
R19, R21 680 Ом
R20, R22 1,5 кОм
R23, R24 1,2 кОм
КОНДЕНСАТОРЫ
C1 1000 пФ
C2 56 пФ
C3 Подбирается при настройке В справочнике по микросхемам под редакцией Шило есть графики расчёта длительностей импульсов, получаемых с одновибратора 155АГ3
C4 Подбирается при настройке
C5 1000 пФ

Чертеж печатной платы:

Чертеж печатной платы сварочного аппарата

Схема расположения элементов на плате

Обратите внимание, что схема ''мягкого запуска'' (кроме элементов R1, C2) размещена на плате управления. Схема расположения элементов

Вид устройства в сборе

На фото слева не показаны:

  • корпус устройства с дополнительными вентиляторами;
  • элементы крепления к корпусу;Импульсный электродуговой сварочник своими руками
  • плата управления (крепится на корпусе устройства и соединяется гибким жгутом к плате управления токовыми ключами);
  • разъём "сварочного тока";
  • сетевой фильтр и предохранительный автомат (крепятся на корпусе устройства).

Как известно, напряжение на дуге в режиме сварки обычно составляет около 20-24 вольт. В режиме разрезания металла напряжение может достигать и 30-36 вольт.

Для поддержания дугового разряда достаточно не очень высокого ннапряжения пробоя, всего несколько вольт. Но для нормальной "поддержки" дугового разряда время деионизации молекул газа (воздуха, продуктов "горения") в зоне дуги должно быть значительно больше времени восстановления напряжения пробоя ионизированного газа.

Для сухого воздуха со стандартным атмосферным давлением это время составляет около 50-ти миллисекунд. Для восстановления дуги при таких условиях необходимо напряжение пробоя выше 25-30ти вольт. "Обычный" сварочный аппарат (трансформаторный) работает от сети переменного тока частотой 50Гц, при этом время восстановления дуги не может превышать 20-25мс.

По причине этого сварочные аппараты переменного тока обычно имеют напряжение холостого хода 60-80 вольт. Время восстановления в среднем составляет 25-35 миллисекунд.

Для увеличения стабильности дуги желательно, чтобы источник (в данном случае трансформатор) имел достаточно большую индуктивность. Но, с другой стороны, увеличение индуктивности сварочного трансформатора ведёт к увеличению его реактивного сопротивления, а значит к уменьшению тока на дуге.

Очень часто сердечник сварочного трансформатора выполняют ввиде незамкнутого магнитопровода с регулируемым зазором. По этим причинам сварочные аппараты переменного тока имеют достаточно узкий диапазон регулировки тока, большие габариты, вес и низкий КПД.

У аппаратов постоянного тока элементом стабилизации тока служит отдельный дроссель (иногда два дросселя). Время восстановления дуги у таких сварочных аппаратов может быть сокращено до 10-25мс, за счёт этого напряжение холостого хода может быть понижено до 40-50В.

Казалось бы теперь индуктивность стабилизируещего дросселя можно увеличивать и увеличивать, но при слишком большой индуктивности дросселя становится достаточно трудно зажечь дугу, возникает так называемый "эффект прилипания электрода".

Чтобы добиться хорошей стабильности дугового разряда и хорошего "зажигания" желательно, чтобы индуктивность стабилизирующего дросселя была низкой (для быстрого увеличения тока в момент зажигания) и частота тока была как можно выше (чтобы уменьшить время восстановления дуги).

Как известно, в промышленной электросети напряжение переменного тока составляет 220 вольт, а частота - 50 герц, и с этим приходится мириться... Увеличить частоту переменного тока можно только используя выпрямитель и преобразователь напряжения. Также, по причине того, что трансформатор сварочного аппарата кроме активного сопротивления имеет также и реактивное (без нагрузки трансформатор работает как индуктивность), то даже при отсутствии тока во вторичной обмотке, через первичную обмотку всё равно протекает достаточно большой ток.

Хотя при "холостом ходе" сварочный аппарат потребляет не очень большое количество энергии, реактивная составляющая тока может быть достаточно велика. При работе аппарата вектора "реактивного" и "активного" токов складываются, и суммарный ток может достигать значительных величин. По этой причине обычный сварочный аппарат нельзя подключать к бытовой электрической розетке, так как электрические провода должны иметь достаточно большое сечение, и предохранительные "автоматы" должны быть расчитаны на большой ток (до 50-ти и более ампер).

Габариты и масса стандартных сварочных аппаратов также не позволяют использовать их в качестве переносных. При работе, для того, чтобы не переносить сам аппарат, сварщики просто используют длинные соединительные провода. Сечение таких проводов доходит до 20-ти и более кв.мм. Естественно, что и стоимость самих соединительных проводов (в денежном эквиваленте) может быть сопоставима со стоимостью самого сварочного аппарата.

Также любой сварочный аппарат имеет такой параметр, как КПВ, выраженный в процентах (отношение: время работы/время остывания + время работы). В редких случаях данный параметр превышает 80%, чаще всего встречаемый параметр КПВ=50% (тут имеются ввиду режимы максимальных токов).

Многие производители указывают кроме КПВ также и продолжительность непрерывной работы, которая иногда не превышет дву-трёх минут.

Сварочный аппарат постоянного тока, собранный по схеме "Выпрямитель -> Вч. преобразователь -> Выпрямитель+дроссель" лишён указанных недостатков. В силу того, что отсутствуют реактивные токи в питающей сети, а при работе аппарата практически 85% энергии "идёт в дело", данный аппарат можно безболезненно подключать к обычной бытовой розетке, не беспокоясь о том, что проводка может перегореть (потребляемая аппаратом мощность при максимальных режимах работы немногим больше превышает мощность бытового утюга).

КПД у такого аппарата, если и не 100%, то, во всяком случае, где-то рядом, да и продолжительность непрерывной работы намного больше, чем 20 минут. Если учесть вес аппарата - не более 10 кг -, то отпадает необходимость в длинных соединительных проводах, гораздо проще просто поднести аппарат к месту работы.

Сечение проводов также можно уменьшить. Для "сварочных" проводов достаточно сечения 12 кв.мм. (при длинне 2-3 метра), а в качестве "питающих" проводов вполне можно употреблять бытовые электроудлинители, важно только, чтобы максимальный ток для выбранного удлинителя был не менее 10-ти ампер.

Хочу также отметить, что если Вы всё-таки соберёте себе такую штуковину, то останетесь весьма довольны ею. Никто из нас никаких навыков сварщика никогда не имел, однако, когда пришла необходимость подварить калитку на даче, агрегат здорово выручил.

Несмотря на то, что "дачное" напряжение - было далеко не 220V, дуга была стабильной, зажигалась с пол-пинка, не было эффекта прилипания электрода, да и получившийся шов был по качеству как у заправского сварщика...

Конечно же, без трудовых и материальных затрат не обойтись, но, себестоимость нашего агрегата (по крайней мере для нас) оказалась куда ниже, чем цены того двухпудового дерьма, что продаётся сейчас на каждом углу (даже с импортными наклейками).

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Поделиться:
 

Комментарии к статье (1):

  1. Генрих

    Здравствуйте! Не все понятно в вашей схеме сварочного инвертора. Где дополнительная схема вольтодобавки? Да и наворочено столько деталей, что пока соберешь все в кучу, то и помирать время придет. Да еще все может оказатся дезой. Если только покупать все детали. то этот аппарат может обойтись еще дороже чем он стоит готовый в магазине. Генрих