Ремонт і доопрацювання зварювальних інверторів своїми руками

1. Типова схема та принцип роботи інвертора
2. Вузли, придатні до модернізації
3. поліпшення тепловідводу
4. Індикація зварювального струму
5. Підвищення тривалості включення
6. Намотування вихідного дроселя
7. висновок

Характеристики більшості бюджетних інверторів не можна назвати видатними, в той же час мало хто відмовиться від задоволення використовувати обладнання зі значним запасом надійності. Тим часом існує чимало способів вдосконалити недорогий зварювальний інвертор.

Типова схема та принцип роботи інвертора

чим дорожче зварювальний інвертор , Тим більше в його схемі допоміжних вузлів, задіяних в реалізації спеціальних функцій. А ось сама схема силового перетворювача залишається практично незмінною навіть у дорогого устаткування. Етапи перетворення мережевого електричного струму в зварювальний досить легко простежити - на кожному з основних вузлів схеми відбувається певна частина загального процесу.

З мережевого кабелю через захисний вимикач напруга подається на випрямний діодний міст, зв'язаний з фільтрами великого об'єму. На схемі цю ділянку легко помітити, тут розташовані значні за розміром «банки» електролітичних конденсаторів. У випрямляча завдання одне - «розгорнути» негативну частину синусоїди симетрично вгору, конденсатори само згладжують пульсації, приводячи напрямок струму практично до чистої «постоянка».

Схема роботи зварювального інвертора

Далі по схемі знаходиться безпосередньо інвертор. Ця частина також легко піддається ідентифікації, тут розташовується найбільший алюмінієвий радіатор. Інвертор будується на кількох високочастотних польових транзисторах або IGBT-транзисторах. Досить часто кілька силових елементів об'єднані в загальному корпусі. Інвертор знову перетворює постійний струм в змінний, але при цьому частота його істотно вище - близько 50 кГц. Такий ланцюжок перетворень дозволяє використовувати високочастотний трансформатор, який в рази менше і легше, ніж звичайно.

З понижувального трансформатора напруга знімає вихідний випрямляч, адже ми хочемо зварювання саме на постійному струмі. Завдяки вихідному фільтру природа струму змінюється з високочастотного пульсуючого до практично прямій лінії. Природно, в розглянутої ланцюга перетворень є безліч проміжних ланок: датчиків, які керують і контрольних ланцюгів, але їх розгляд виходить далеко за рамки аматорської радіоелектроніки.

Конструкція зварювального інвертора: 1 - конденсатори фільтра; 2 - випрямляч (діодний збірка); 3 - IGBT-транзистори; 4 - вентилятор; 5 - понижуючий трансформатор; 6 - плата управління; 7 - радіатори; 8 - дросель

Вузли, придатні до модернізації

Найважливіший параметр будь-якого зварювального апарату - вольт-амперна характеристика (ВАХ), за рахунок неї і забезпечується стабільне горіння дуги при різній її довжині. Правильна ВАХ створюється мікропроцесорним управлінням: маленький «мозок» інвертора на ходу змінює режим роботи силових ключів і миттєво підлаштовує параметри зварювального струму. На жаль, якимось чином перепрограмувати бюджетний інвертор можна - керуючі мікросхеми в ньому аналогові, а заміна на цифрову електроніку вимагає неабияких знань схемотехніки.

Однак «умінь» керуючої схеми цілком достатньо, щоб нівелювати «криворукість» початківця зварника, ще не навчився стабільно утримувати дугу. Набагато правильніше зосередитися на усуненні деяких «дитячих» хвороб, перша з яких - сильний перегрів електронних компонентів, що веде до деградації і руйнування силових ключів.

Друга проблема - використання радіоелементів сумнівною надійності. Усунення цього недоліку сильно знижує ймовірність виникнення поломок через 2-3 роки експлуатації апарату. Нарешті, навіть початківцю радіотехніку буде цілком під силу реалізувати індикацію фактичного зварювального струму для можливості роботи зі спеціальними марками електродів, а також провести ряд інших дрібних доопрацювань.

поліпшення тепловідводу

Перший недолік, яким грішить переважна більшість недорогих інверторних апаратів - погана схема відведення тепла з силових ключів і випрямних діодів. Починати доопрацювання в цьому напрямку краще з збільшення інтенсивності примусового обдування. Як правило, в зварювальних апаратах встановлюють корпусні вентилятори з живленням від службових ланцюгів напругою 12 В. В «компактних» моделях примусове повітряне охолодження може зовсім відсутніми, що для електротехніки такого класу, безумовно, нонсенс.

Досить просто збільшити повітряний потік шляхом установки декількох таких вентиляторів послідовно. Проблема в тому, що «рідний» кулер швидше за все доведеться зняти. Щоб ефективно працювати в послідовної збірці, вентилятори повинні мати ідентичну форму і число лопатей, а також швидкість обертання. Зібрати однакові кулери в «стопку» вкрай просто, досить стягти їх парою довгих болтів по діаметрально протилежним кутовим отворів. Також не варто турбуватися про потужності джерела службового харчування, як правило її досить для установки 3-4 вентиляторів.

Якщо всередині корпусу інвертора недостатньо місця для установки вентиляторів, можна приладнати зовні один високопродуктивний «канальник». Його установка простіше з тієї причини, що не потрібне підключення до внутрішніх ланцюгах, харчування знімається з клем кнопки включення. Вентилятор, зрозуміло, повинен встановлюватися навпаки вентиляційних жалюзеек, частина яких можна вирізати, щоб знизити аеродинамічний опір. Оптимальний напрям потоку повітря - на витяжку з корпусу.

Другий спосіб поліпшити тепловідвід - заміна штатних алюмінієвих радіаторів на більш продуктивні. Новий радіатор потрібно вибирати з найбільшою кількістю якомога більше тонких ребер, тобто з найбільшою площею контакту з повітрям. Оптимально в цих цілях використовувати радіатори охолодження комп'ютерних ЦП. Процес заміни радіаторів досить простий, досить дотримуватися кількох простих правил:

1. Якщо штатний радіатор ізольований від фланців радіоелементів слюдою або гумовими прокладками, їх потрібно зберегти при заміні.
2. Для поліпшення теплового контакту потрібно використовувати кремнійорганічне термопасту.
3. Якщо радіатор потрібно підрізати, щоб вона розмістилася в корпус, обрізані ребра потрібно ретельно обробити надфілем, щоб зняти всі задирки, інакше на них буде рясно осідати пил.
4. Радіатор повинен бути щільно притиснутий до мікросхем, тому попередньо на ньому потрібно розмітити і просвердлити кріпильні отвори, можливо, буде потрібно нарізати різьбу в тілі алюмінієвої підошви.

Додатково зазначимо, що немає сенсу міняти штучні радіатори окремо розташованих ключів, заміну піддаються тільки тепловідводи інтегральних схем або декількох надпотужних транзисторів, встановлених в ряд.

Індикація зварювального струму

Навіть якщо на инверторе встановлений цифровий індикатор установки струму, він показує не реальне його значення, а якусь службову величину, зі зміненим розміром для наочного відображення. Відхилення від фактичної величини струму може становити до 10%, що є неприйнятним при використанні спеціальних марок електродів і роботі з тонкими деталями. Отримати реальне значення зварювального струму можна шляхом установки амперметра.

В межах 1 тисячі рублів обійдеться цифровий амперметр типу SM3D, його навіть можна акуратно вбудувати в корпус інвертора. Основна проблема в тому, що для вимірювання таких високих струмів потрібне підключення через шунт. Його вартість знаходиться в межах 500-700 рублів для струмів в 200-300 А. Зверніть увагу, що тип шунта повинен відповідати рекомендаціям виробника амперметра, як правило, це вставки на 75 мВ з власним опором близько 250 мкОм для межі вимірювання в 300 А.

Встановити шунт можна або на плюсову, або на мінусову клему зсередини корпусу. Зазвичай розмірів сполучної шини досить для підключення вставки довжиною близько 12-14 см. Згинати шунт не можна, тому якщо довжини сполучної шини недостатньо, її потрібно замінити мідною пластиною, кіскою з очищеного сплетений кабелю або відрізком зварювальної жили.

Амперметр підключається вимірювальними виходами до протилежних затискачів шунта. Також для роботи цифрового приладу потрібно подати напруга живлення в діапазоні 5-20 В. Його можна зняти з проводів підключення вентиляторів або знайти на платі точки з потенціалом для харчування керуючих мікросхем. Власне споживання амперметра мізерно.

Підвищення тривалості включення

Тривалість включення в контексті зварювальних інверторів більш розумно називати тривалістю навантаження. Це та частина десятихвилинної інтервалу, в якій інвертор безпосередньо виконує роботу, що залишився він повинен перебувати на холостому ходу і охолоджуватися.

Для більшості недорогих інверторів реальна ПН становить 40-45% при 20 ° С. Заміна радіаторів і пристрій інтенсивного обдування дозволяють збільшити цей показник до 50-60%, але це далеко не межа. Домогтися ПН порядку 70-75% можна шляхом заміни деяких радіоелементів:

1. Конденсатори обв'язки ключів інвертора потрібно поміняти на елементи тієї ж ємності і типу, але розраховані під більш високу напругу (600-700 В);
2. Діоди і резистори з обв'язки ключів слід замінити на елементи з більшою потужністю, що розсіюється.
3. Випрямні діоди (вентилі), а також MOSFET або IGBT-транзистори можна замінити на аналогічні, але більш надійні.

Про заміну самих силових ключів варто розповісти окремо. Для початку слід переписати маркування на корпусі елемента і знайти докладний даташит на конкретний елемент. За паспортними даними вибрати елемент для заміни досить просто, ключовими параметрами служать межі частотного діапазону, робоча напруга, наявність вбудованого діода, тип корпусу і граничний струм при 100 ° С. Останній краще розрахувати власноруч (для високовольтної боку з урахуванням втрат на трансформаторі) і придбати радіоелементи з запасом граничного струму близько 20%. З виробників такого роду електроніки найбільш надійними вважаються International Rectifier (IR) або STMicroelectronics. Незважаючи на досить високу ціну, вкрай рекомендується купувати деталі саме цих брендів.

Намотування вихідного дроселя

Одним з найбільш простих і в той же час найбільш корисних додатків для зварювального інвертора буде намотування індуктивної котушки, що згладжує пульсації постійного струму, які неминуче залишаються при роботі імпульсного трансформатора. Основна специфіка такої затії в тому, що дросель виготовляється індивідуально для кожного окремого апарату, а також може з часом коригуватися в міру деградації електронних компонентів або при зміні порога потужності.

Для виготовлення дроселя знадобиться всього нічого: ізольований мідний провідник перерізом до 20 мм2 і сердечник, бажано з фериту. Як муздрамтеатру оптимально підійде або ферритові кільце, або сердечник броньового трансформатора. Якщо муздрамтеатр набраний з листової сталі, його потрібно просвердлити в двох місцях з відступом близько 20-25 мм і стягнути заклепками, щоб мати можливість безпроблемно прорізати зазор.

Дросель починає працювати, починаючи від одного повного витка, проте реальний результат видно, починаючи з 4-5 витків. При випробуваннях слід додавати витки до тих пір, поки дуга не почнеться відчутно сильно тягнутися, заважаючи відриву. Коли варити з відривом стане важко, потрібно скинути з котушки один виток і підключити паралельно дроселя лампу розжарювання на 24 В.

Тонка настройка дроселя виконується за допомогою сантехнічного гвинтового хомута, яким можна зменшити зазор в осерді, або дерев'яного клина, яким цей зазор можна збільшити. Потрібно домагатися, щоб горіння лампи при запалюванні дуги було максимально яскравим. Рекомендується виготовити кілька дроселів для роботи в діапазонах до 100 А, від 100 до 200 А і більше 200 А.

висновок

Всі «навісні» доповнення, такі як дросель або амперметр, краще монтувати окремої приставкою, яка включається в розрив будь-який з зварювальних жив за допомогою штекера типу байонет. Таким чином всередині корпусу інвертора збережеться досить простору для вентиляції, а додаткові пристрої можна буде легко відключити за непотрібністю.

Потрібно пам'ятати, що кардинальної, глибокої модернізації провести не вийде, іншими словами, «Ресанта» в KEMPPI розумними силами і засобами не перетворити. Однак виготовлення пристосувань і дрібна доопрацювання обладнання - відмінний спосіб краще вивчити технологію дугового зварювання і перейнятися професійними тонкощами.

рмнт.ру

16.08.17