Полный мост инвертор. Принципиальная схема сварочного инвертора: разбираемся в деталях

Принципиальная схема заводского сварочного инвертора «Ресанта» (нажмите, чтобы увеличить)

Схема инвертора от немецкого производителя FUBAG с рядом дополнительных функций (нажмите, чтобы увеличить)

Пример принципиальной электрической схемы сварочного инвертора для самостоятельного изготовления (нажмите, чтобы увеличить)

Принципиальная электрическая схема инверторного устройства состоит из двух основных частей: силового участка и цепи управления. Первым элементом силового участка схемы является диодный мост. Задача такого моста как раз и состоит в том, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный.

В постоянном токе, преобразованном из переменного в диодном мосту, могут возникать импульсы, которые необходимо сглаживать. Для этого после диодного моста устанавливается фильтр, состоящий из конденсаторов преимущественно электролитического типа. Важно знать, что напряжение, которое выходит из диодного моста, примерно в 1,4 раза больше, чем его значение на входе. Диоды выпрямителя при преобразовании переменного тока в постоянный очень сильно нагреваются, что может серьезно сказаться на их работоспособности.

Чтобы защитить их, а также другие элементы выпрямителя от перегрева, в данной части электрической схемы используют радиаторы. Кроме того, на сам диодный мост устанавливается термопредохранитель, в задачу которого входит отключение электропитания в том случае, если диодный мост нагрелся до температуры, превышающей 80–90 градусов.

Высокочастотные помехи, создаваемые при работе инверторного устройства, могут через его вход попасть в электрическую сеть. Чтобы этого не произошло, перед выпрямительным блоком схемы устанавливается фильтр электромагнитной совместимости. Состоит такой фильтр из дросселя и нескольких конденсаторов.

Сам инвертор, который преобразует уже постоянный ток в переменный, но обладающий значительно более высокой частотой, собирается из транзисторов по схеме «косой мост». Частота переключения транзисторов, за счет которых и происходит формирование переменного тока, может составлять десятки или сотни килогерц. Полученный таким образом высокочастотный переменный ток имеет амплитуду прямоугольной формы.

Получить на выходе устройства ток достаточной силы для того, чтобы можно было с его помощью эффективно выполнять сварочные работы, позволяет понижающий напряжение трансформатор, установленный за инверторным блоком. Для того чтобы получить с помощью инверторного аппарата постоянный ток, после понижающего трансформатора подключают мощный выпрямитель, также собранный на диодном мосту.

Элементы защиты инвертора и управления им

Избежать влияния негативных факторов на работу инвертора позволяют несколько элементов в его принципиальной электрической схеме.

Для того чтобы транзисторы, которые преобразуют постоянный ток в переменный, не сгорели в процессе своей работы, используются специальные демпфирующие (RC) цепи. Все блоки электрической схемы, которые работают под большой нагрузкой и сильно нагреваются, не только обеспечены принудительным охлаждением, но также подключены к термодатчикам, отключающим их питание в том случае, если температура их нагрева превысила критическое значение.

Из-за того, что конденсаторы фильтра после своей зарядки могут выдавать ток большой силы, который в состоянии сжечь транзисторы инвертора, аппарату необходимо обеспечить плавный пуск. Для этого используют стабилизаторные устройства.

В схеме любого инвертора имеется ШИМ-контроллер, который отвечает за управление всеми элементами его электрической схемы. От ШИМ-контроллера электрические сигналы поступают на полевой транзистор, а от него – на разделительный трансформатор, имеющий одновременно две выходные обмотки. ШИМ-контроллер посредством других элементов электрической схемы также подает управляющие сигналы на силовые диоды и силовые транзисторы инверторного блока. Для того чтобы контроллер мог эффективно управлять всеми элементами электрической схемы инвертора, на него также необходимо подавать электрические сигналы.

Для выработки таких сигналов используется операционный усилитель, на вход которого подается формируемый в инверторе выходной ток. При расхождении значений последнего с заданными параметрами операционный усилитель и формирует управляющий сигнал на контроллер. Кроме того, на операционный усилитель поступают сигналы от всех защитных контуров. Это необходимо для того, чтобы он смог отключить инвертор от электропитания в тот момент, когда в его электрической схеме возникнет критическая ситуация.

Достоинства и недостатки сварочных аппаратов инверторного типа

Аппараты, которые пришли на смену привычным всем трансформаторам, обладают рядом весомых преимуществ.

• Благодаря совершенно иному подходу к формированию и регулированию сварочного тока масса таких устройств составляет всего 5–12 кг, в то время как сварочные трансформаторы весят 18–35 кг.
• Инверторы обладают очень высоким КПД (порядка 90%). Это объясняется тем, что в них расходуется значительно меньше лишней энергии на нагрев составных частей. Сварочные трансформаторы, в отличие от инверторных устройств, очень сильно греются.
• Инверторы благодаря такому высокому КПД потребляют в 2 раза меньше электрической энергии, чем обычные трансформаторы для сварки.
• Высокая универсальность инверторных аппаратов объясняется возможностью регулировать с их помощью сварочный ток в широких пределах. Благодаря этому одно и то же устройство можно использовать для сварки деталей из разных металлов, а также для ее выполнения по разным технологиям.
• Большинство современных моделей инверторов наделены опциями, которые минимизируют влияние ошибок сварщика на технологический процесс. К таким опциям, в частности, относятся «Антизалипание» и «Форсирование дуги» (быстрый розжиг).
• Исключительная стабильность напряжения, подаваемого на сварочную дугу, обеспечивается за счет автоматических элементов электрической схемы инвертора. Автоматика в данном случае не только учитывает и сглаживает перепады входного напряжения, но и корректирует даже такие помехи, как затухание сварочной дуги из-за сильного ветра.
• Сварка с использованием инверторного оборудования может выполняться электродами любого типа.
• Некоторые модели современных сварочных инверторов имеют функцию программирования, что позволяет точно и оперативно настраивать их режимы при выполнении работ определенного типа.

Как у любых сложных технических устройств, у сварочных инверторов есть и ряд недостатков, о которых также необходимо знать.

• Инверторы отличаются высокой стоимостью, на 20–50% превышающей стоимость обычных сварочных трансформаторов.
• Наиболее уязвимыми и часто выходящими из строя элементами инверторных устройств являются транзисторы, стоимость которых может составлять до 60% цены всего аппарата. Соответственно, является достаточно дорогостоящим мероприятием.
• Инверторы из-за сложности их принципиальной электрической схемы не рекомендуется использовать в плохих погодных условиях и при отрицательных температурах, что серьезно ограничивает область их применения. Для того чтобы применять такое устройство в полевых условиях, необходимо подготовить специальную закрытую и отапливаемую площадку.

При сварочных работах, выполняемых с использованием инвертора, нельзя использовать длинные провода, так как в них наводятся помехи, отрицательно отражающиеся на работе устройства. По этой причине провода для инверторов делают достаточно короткими (порядка 2 метров), что вносит в сварочные работы некоторое неудобство.

(голосов: 9 , средняя оценка: 4,00 из 5)

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:

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 .

Описание схемы инвертора

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

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”.

Задающий генератор

Узел 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.

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).

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.

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.

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).

СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ СВОИМИ РУКАМИ

ОБЗОР СХЕМ СВАРОЧНЫХ ИНВЕРТОРОВ И ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ

Начнем с довольно популярной схемы сварочного инвертора, довольно часто именуемой схемой Брамалея. Уж не знаю почему этой схеме приклеили данное имя, но в интернете довольно часто упоминается сварочный аппарат Бармалея.
Вариантов схемы инвертора Бармалея нашлось несколько, но топология у них практически одинаковая - прямоходовой однотактный преобразователь (довольно часто именуемый "косой мост", почему то), управляемый контроллером UC3845.
Поскольку этот контроллер в данной схеме является основным, то с принципа его работы и начнем.
Микросхема UC3845 выпускается несколькими производителями и состоит в серии микросхем UC1842, UC1843, UC1844, UC1845, UC2842, UC2843, UC2844, UC2845, UC3842, UC3843, UC3844, и UC3845.
Микросхемы отличаются друг от друга напряжением питания при котором стартуют и самоблокируются, температурным диапазоном работы, а так же небольшими схемотехническими изменениями, позволяющими длительность управляющего импульса в микросхемах ХХ42 и ХХ43 доводить до 100%, а у микросхем серии ХХ44 и ХХ45 длительность управляющего импульса не может превышать 50%. Цоколевка микросхем одинаковая.
В микросхему интегрирован дополнительный стабилитрон на 34...36 В (зависит от производителя), что позволяет не переживать за превышение напряженияпитания при использовании микросхемы в БП с ОЧЕНЬ широким диапазоном питающих напряжений.
Микросхемы выпускаются в нескольких типах корпусов, что существенно расширяет сферу использования

Микросхемы изначально проектировались как контроллеры для управления силовым ключом однотактного блока питания средней мощности и данный контроллер оснастили всем необходимым для увеличения его собственной живучести и живучести управляемого им блока питания. Микросхема может работать до частот 500 кГц, выходной ток оконечного каскада драйвера способен развить ток до 1 А, что в сумме позволяет проектировать довольно компактные блоки питания. Блок схема микросхемы приведена ниже:

На блоксхеме как раз красным выделен дополнительный триггер, который не позволяет длительности выходного импульса превысить 50%. Этот триггер установлен только в серии UCx844 и UCx845.
В микросхемах, выполненных в корпусах с восьмью выводами некоторые выводы объеденены внутри микросхемы, например VC и Vcc , PWRGND и GROUND .

Типовая схема импульсного блока питания на UC3844 приведена ниже:

Данный блок питания имеет косвенную стабилизацию вторичного напряжения, поскольку контролирует свое собственное питание, формируемое обмоткой NC. Это напряжение выпрямляется диодом D3 и служит для питания самой микросхемы после ее запуска, а пройдя делитель на R3 попадает на вход усилителя ошибки, который и управляет длительностью импульсов управления силовым транзистором.
При увеличении нагрузки амплитуда всех выходных напряждений трансформатора уменьшается, это приводит и к уменьшщению напряжения на выводе 2 микросхемы. Логика микросхемы увеличивает длительность управляющего импульса, в трансформаторе накапливается больше энергии и в результате амплитуда выходных напряжений возвращается к исходному значению. Если же нагрузка уменьшается, то напряжение на выводе 2 увеличивается, уменьшается длительность управляющих импульсов и снова амплитуда выходных напряжений возвращается к установленному значению.
В микросхему интегрирован вход для организации защиты от перегрузки. Как только на токоограничивающем резисторе R10 падение напряжения достигнет 1 В микросхема выключает управляющий импульс на затворе силового транзистора, тем самым ограничивая протекающий через него ток и исключая перегрузку блока питания. Зная величину этого управляющего напряжения можно регулировать ток сработки защиты изменяя величину токоограничивающего резистора. В данном случае максимальный ток через транзистор ограничивается 1,8 амперами.
Зависимость величины протекающего тока от номинала резистора можно расчитать по закону Ома, но каждый раз брать в руки калькулятор слишком лениво, поэтому расчитав один раз попросту занесем резутальтаты расчетов в таблицу. Напоминаю - нужно падение напряжения величиной один вольт, следовательно в таблице будут указаны лишь ток срабатывания защиты, номиналы резисторов и их мощность.

Эта информация может понадобится, если пректируемый сварочный аппарат будет без трансформатора тока, а контроль будет осуществляться так же как и в базовой схеме - при помощи токоограничивающего резистора в цепи истока силового транзистора или в цепи эмиттера, при использовании транзистора IGBT.
Схема импульсного блока питания с непосредственным контролем выходного напряжения предлагается в даташнике на микросхему от Texas Instruments:

Данная схема контролирует выходное напряжение при помощи оптрона, яркость свечения светодиода оптрона определяет регулируемый стабилитрон TL431, что увеличивает коф. стабилизации.
В схему введены дополнительные элементы на транзисторах. Певрый имитирует систему софт-страрта, второй - увеличивает термостабильность за счет использования тока базы введенного транзистора.
Определить ток срабатывания защиты данной схемы труда не составит - Rcs равен 0,75 Ома, следовательно ток будет ограничиваться 1,3 А.
И предыдущая и эта схемы блоков питания рекомендуются в даташниках на UC3845 от "Texas Instruments", в даташниках остальных производителей рекомендутеся лишь первая схема.
Зависиммость частоты от номиналов частотозадающих резистора и конденсатора показаны на рисунке ниже:

Может невольно возникнуть вопрос - А ДЛЯ ЧЕГО НУЖНЫ ТАКИЕ ПОДРОБНОСТИ И ПОЧЕМУ РЕЧЬ ИДЕТ О БЛОКАХ ПИТАНИЯ МОЩНОСТЬЮ 20...50 ВАТТ??? СТРАНИЦА АНОНСИРОВАЛАСЬ КАК ОПИСАНИЕ СВАРОЧНОГО АППАРАТА, А ТУТ КАКИЕ ТО БЛОКИ ПИТАНИЯ...
В подавляющем большинстве простых сварочных аппаратов как раз и используется микросхема UC3845 в качестве управляющего элемента и без знания принципа ее работы возможно возникновение фатальных ошибок, способствующих выходу из строя не только копеешной микросхемы, но и довольно дорогих силовых транзисторов. К тому же я собираюсь проектировать сварочный аппарат, а не тупо клонировать чужую схему, искать ферриты, которые возможно даже придется покупать, для того, чтобы повторить чей то девайс. Не, меня такое не устраивает, поэтому берем имеющеюся схему и перетачиваем ее под то, что нужно нам, под те элементы и ферриты, которые есть в наличии.
Именно поэтому тут будет довольно много теории и несколько экспериментальных замеров и именно поэтому в таблице номиналов резисторов защиты использованы резисторы, включенные параллельно (голубые поля ячеек) и расчет сделан для токов более 10 ампер.
Итак, сварочный инвертор, который большинство сайтов называют сварочником Бармалея имеет следующую принципиальную схему:

УВЕЛИЧИТЬ

В верхней-левой части схемы блок питания для самого контроллера и по сути может использоваться ЛЮБОЙ блок питания с выходным напряжением 14...15 вольт и обеспечивающим ток в 1...2 А (2 А это для того, чтобы вентиляторы можно было поставить помощнее - в аппарате используются компьютерные вентиляторы и по схеме их аж 4 штуки.
Кстати сказать удалось найти даже сборник ответов по этому сварочному аппарату с какого то форума. Думаю это будет полезно тем, кто собрался чисто клонировать схему. ССЫЛКА НА ОПИСАНИЕ .
Регулировка тока дуги производится изменением опорного напряжения на входе усилителя ошибки, защита от перегрузки организована с использованием трансформатора тока ТТ1.
Сам контроллер работает на транзистор IRF540. В принципе там может использоваться любой транзистор с не очень большой энергией затвора Qg (IRF630, IRF640 и т.д.). Транзистор нагружен на управляющий трансформатор Т2, который непосредственно подает управлдяющие импульсы на затворы силовых IGBT транзисторов.
Чтобы управляющий трансформатор не намагничивался используется на нем выполнена размагничивающая обмотка IV. Вторичные обмотки управляющего трансформатора нагружены на затворы силовых транзисторов IRG4PC50U через выпрямитель на диодах 1N5819. Причем в схеме управления имеются форсирующие закрытие силовой части транзисторы IRFD123, которые при смене полярности напряжения на обмотках трансформатора Т2 открываются и всю энергию затворов силовых транзисторов гасят на себя. Подобные ускорители закрытия облегчают токовый режим драйвера и значительно сокращают время закрытия силовых транзисторов, что в свою очередь уменьшает их нагрев - время нахождения в линейном режиме значительно сокращается.
Так же для облегчения работы силовых транзисторови подавления импульсных помех, возникающих при работе на индуктивную нагрузку служат цепочки из резисторов на 40 Ом, конденсаторов на 4700 пкФ и диодов HFA15TB60.
Для окончательного размагничивания сердечника и подавления выбросов самоиндукции используется еще одна пара HFA15TB60, установленные правее по схеме.
На вторичной обмотке трансформатора установлен однополупериодный выпрямитель на диоде 150EBU02. Диод шунтирован помехоподовляющей цепочкой на резисторе 10 Ом и конденсаторе на 4700 пкФ. Второй диод служит для размагничивания дросселя ДР1, кторый во время прямого хода преобразователя накапливает магнитную энергию, а во время паузы между импульсами отдает эту энергию в нагрузку за счет самоиндукции. Для улучшения этого процесса как раз и устанавливается дополнительный диод.
В результате на выходе инвертора получается не пульсирующее напряжение, а постоянное с не большой пульсацией.
Следующей подмодификацией данной сварочного аппарта является схема инвертора приведенного ниже:

Сильно не вникал, что там намудрено по выходному напряжению, лично мне больше понравилось использование в качестве закрывающих силовую часть биполярных транзисторов. Другими словами в данном узле можно использоввать и полевики и биполярники. В принципе это как бы подразумевалось по умолчанию, главное - как можно быстрее закрыть силовые транзисторы, а каким образом это сделать уже второстепенный вопрос. В принципе используя более мощный трансформатор управления от закрывающих транзисторов можно и отказаться - достаточно на затворы силовых транзисторов подать не большое отрицательное напряжение.
Однако меня всегда смущало наличие управляющего трансформатора в сварочном аппарате - ну не люблю я моточные детали и по возможности стараюсь обходится без них. Перебор схем сварочников продолжился и была откопана следующая схема сварочного инвертора:

УВЕЛИЧИТЬ

Данная схема отличается от предшествующих отсутствием управляющего трансформатора, поскольку открытие-закрытие силовых транзисторов происходит специализированными микросхемами драйверов IR4426, которые в свою очередь управляются оптронами 6N136.
В этой схеме реализовано еще пара вкусностей:
- введен ограничитель выходного напряжения, выполненный на оптроне PC817;
- реализован принцип стабилизации выходного тока - трансформатор тока используется не как аварийный, а именно как датчик тока и принимает участие в регулировке выходного тока.
Такой вариант сварочного аппарата гарантирует более устойчивую дугу даже на не больших токах, поскольку при увеличении дуги ток начинает уменьшаться, а этот аппарат будет увеличивать выходное напряжение, стараясь удержать установленное значение выходного тока. Единственный недостаток - нужен галетный переключатель на как можно большее количество положений.
Так же попалась на глаза еще одна схема сварочного аппарата для самостоятельного изготовления. Заявлен выходной ток в 250 ампер, но это не главное. Главное - использование в качестве драйвера довольно популярной микросхемы IR2110:

УВЕЛИЧИТЬ

В этом варианте сварочника тоже используется ограничение выходного напряжения, но вот стабилизации тока нет. Есть еще одно смущение, причем довольно серьезное. каким образом заряжается конденсатор С30? В принципе во время паузы должно происходить доразмагничивание сердечника, т.е. полярность напряжения на обмотки силового трансформатора должна поменяться и чтобы не слетели транзисторы как раз и установлены диоды D7 и D8. Вроде бы этого кратковременно на верхнем выводе силового трансформатора должно появится напряжение на 0,4...0,6 вольта меньше чем общий провод, это довольнократкосрочное явление и есть некоторые сомнения в том, что С30 успеет зарядится. Ведь если он не зарядится верхнее плечо силовой части не откроется - не откуда будет взяться напряжению вольтодобавки драйвера IR2110.
В общем над этой темой имеет смысл поразмышлять более досконально...
Есть еще один вариант сварочного аппарата, выполненного по той же топологии, но в нем использовались отечесвенные детали и в больших количествах. Принципиальная схема приведена ниже:

УВЕЛИЧИТЬ

Прежде всго бросается в глаза силовая часть - по 4 штуки IRFP460. Причем автор в оригинальной статье утверждает, что первый вариант был собран на IRF740 по 6 штук в плечо. Это действительно "голь на выдумку хитра". Тут же сразу следует сделать запоминаку - в сварочном инверторе могут использоваться как IGBT транзисторы, так и транзисторы MOSFET. Для того, чтобы не путаться с определениями и цоколевкой вышаем рисуночек этих самых транзисторов:

Кроме этого имеет смысл отметить, что в данной схеме используется и ограничение выходного напряжения и режим стабилизации тока, который регулируется переменным резистором на 47 Ом - низкоомность данного резистора единственный недостаток данной реализации, но при желании такой найти можнопричем увеличение данного резистора до 100 Ом не критично, просто нужно будет увеличить и ограничивающие резисторы.
Еще один вариант сварочного аппарата попался на глаза штудируя иностранные сайты. В этом аппарате так же имеется регулировка тока, но выполнена она не совсем обычно. На вывод контроля тока изначально подается напряжение смещения и чем оно больше, тем требуется меньшее напряжение с трансформатора тока, следовательно, тем меньший ток будет протекать через силовую часть. Если же напряжение смещения минимально, то для достижения тока срабатывания ограничителя потребуется большее напряжение с ТТ, которое возможно лишь при протекании большого тока через первичную обмотку трансформатора.
Принципиальная схема данного инвертора приведена ниже:

УВЕЛИЧИТЬ

В этой схеме сварочного аппарата на выходе установлены электролитические конденсаторы. Мысль конечно же интересная, но для данного устройства потребуются электролиты с маленьким ESR, а на 100 вольт такие конденсаторы найти довольно проблематично. Поэтому я откажусь от установки электролитов, а поставлю пару-тройку конденсаторов MKP X2 на 5 мкФ, используемые в индукционных плитах.

СОБИРАЕМ СВОЙ СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ

ПОКУПАЕМ ДЕТАЛИ

Прежде всего сразу скажу - сборка сварочного аппарата самостоятельно это не попытка сделать аппарат дешевле магазинного, поскольку в конечном итоге может получится так, что собранный аппарат получится дороже, чем заводской. Однако есть в этой затее и свои плюсы - данный аппарат можно приобрести в безпроцентный кредит, поскольку совсем не обязательно покупать сразу весь комплект деталей, а делать покупки по мере появления свободных денег в бюджете.
Опять же изучение силовой электроники и сборка подобного инвертора самостоятельно дает безценный опыт, который позволит собирать подобные устройства, затачивая непосредственно под свои нужды. Например собрать пуско-зарядное устройство с выходным током 60-120 А, собрать источник питания для плазмореза - устройства хоть и специфического, но для работающих с металлом штука ОЧЕНЬ полезная.
Если же кому то покажется, что я ударился в рекламу Али, то скажу сразу - да, я рекламирую Али, потому что меня устраивает и цена и качество. С тем же успехом я могу рекламировать нарезанные батоны Аютинского хлебозавода, но черный хлеб я покупаю Красно-Сулинский. Сгущенное молоко предпочитаю и Вам рекомендую, "Коровка из Кореновки", а вот творог гораздо лучше Тацинского молочного завода. Так что я готов рекламировать все, что попробовал сам и мне понравилось.

Для сборки сварочного аппарата потребуется дополнительное оборудование, которое необходимо для сборки и наладки сварочного аппарата. Данное оборудование тоже стоит каких то денег и если Вы действительно собираетесь заниматься силовой электроникой, то оно Вам пригодится и позже, если же сборка данного устройства является попыткой потратить меньше денег, то смело отказывайтесь от этой идеи и идите в магазин за готовым сварочным инвертором.
Подавляющее большинство комплектующих я покупаю на Али. Ждать приходится от трех недель до двух с половиной месяцев. Однако стоимость комплектующих значительно дешевле, чем в магазине радиодеталей к кторому мне еще нужно ехать 90 км.
Поэтому сразу сделаю не большую инструкцию как лучше покупать компоненты на Али. Ссылки на используемые детали я буду давать по мере их упоминания, причем давать буду на результаты поиска, потому что есть вероятность того, что через пару-тройку месяцев у какого то продавца этого товара не будет. Так же для сравнения буду давать цены на упоминаемые компоненты. Цены будут в рублях на момент написания данной статьи, т.е. середина марта 2017 года.
Перейдя по ссылке на результаты поиска прежде всего следует отметить, что сортировка произведена по количеству покупок того или иного товара. Другими словами Вы уже имеете возможность посмотреть сколько именно этого товара какой то продавец продал и какие отзывы на эти товары получил. Погоня за низкой ценой далеко не всегда свляется правильной - Китайские предприниматели стараются реализовать ВСЮ продукцию, поэтому иногда случаются и перемаркированные элементы, а так же элементы после демонтажа. Поэтому смотрите на количество отзывов о товаре.

Если же есть эти же компоненты по более привлекательной цене, но количество продаж у этого продавца не большое, то имеет смысл обратить внимание общее количетсво положительных отзывов о продавце.

Имеет смысл обратить внимание на фотографии - наличие самой фотографии торвара говорит об ответственности продавца. А на фото как раз видно какая маркировка, это частенько помогает - маркировку лазером и краской видно и на фото. Силовые транзисторы я покупаю с алзерной маркировкой, а вот IR2153 брал и с маркировкой краской - микросхемы рабочие.
Если выбираются силовые транзисторы, то довольно часто я не брезгую транзисторами с демонтажа - у них обычно разница по цене довольно приличная, а для прибора, собираемого самостоятельно можно использовать и детали с более короткими ногами. Отличить детали не сложно даже по фото:

Так же несколько раз я наскакивал на разовые акции - продавцы без рейтинга вообще выставляют на продажу какие то компоненты по ОЧЕНЬ смешным ценам. Разумеется, что покупка осуществляется на свой страх и риск. Однако я делал пару покупок у подобных продавцов и обе удачные. Последний раз я приобрел конденсаторы MKP X2 на 5 мкФ за 140 рублей 10 штук.

Заказ пришел довольно быстро - чуть больше месяца, 9 штук на 5 мкФ, а один, точно такого же размера на 0,33 мкФ 1200 В. Спор открывать я не стал - у меня для индукционных игрушек все емкости на 0,27 мкФ и как бы на 0,33 мкФ мне даже пригодится. Да и цена уж больно смешная. Емкости все проверил - рабочие, хотел заказать еще, но уже была вывеска - ТОВАР БОЛЕЕ НЕ ДОСТУПЕН.
До этого брал несколько раз демонтажные IRFPS37N50, IRGP20B120UD, STW45NM50. Все транзисторы исправны, единственно что несколько огорчило, так это на STW45NM50 ноги были переформованы - на трех транзисторах (из 20-ти) выводы буквально отпали при попытке их согнуть под свою плату. Но цена была уж слишком смешной, чтобы на что то обижаться - 20 штук за 780 рублей. Транзисторы эти теперь используются как подстановочные - корпус спилен до вывода, припяны провода и залито эпоксидным клеем. Один до сих пор жив, прошло уже два года.

Пока с силовыми транзисторами вопрос открытый, а вот разъемы для электрододержателя нужны будут по любому сварочному аппарату. Поиски были продолжительными и довольно активными. Дело в том, что сильно смущает разница в цене. Но для начала о маркировке разъемов для сварочного аппарата. На Али используется Европейская маркировка (ну так у них написано), поэтому будем танцевать от их обозначений. Правда шикароного танца не получится - данные разъемы раскиданы по различным категориям, начиная от USB разъемов, ПАЯЛЬНЫХ ЛАМП и заканчивая ПРОЧЕЕ.

Да и по названию разъемов тоже не все так гладко, как хотелось бы... Я был ОЧЕНЬ сильно удивлен, когда в поисковую строку на Гуглохроме и ОС WIN XP вбил DKJ35-50 и получил НЕТ РЕЗУЛЬТАТОВ , а тот же запрос на том же Гуглохроме, но WIN 7 дал хоть какие то результаты. Ну для начала небольшая табличка:

DKZ	DKL	DKJ
			МАКС ТОК, А	ДИАМЕТР ОТВ-ТИЯ/ ШТЕКЕРА, ММ	СЕЧЕНИЕ ПРОВОДА, ММ2
DKZ10-25	DKL10-25	DKJ10-25	200	9	10-25
DKZ35-50	DKL35-50	DKJ35-50	315	13	35-50
DKZ50-70	DKL50-70	DKJ50-70	400	13	50-70
DKZ70-95	DKL70-95	DKJ70-95	500	13	70-95

Не смотря на то, что отверстия и штекеры у разъемов на 300-500 ампер одинаковые они реально способны проводить разный ток. Дело в том, что во время проворачивания разъема штекерная часть упирается торцом в торец ответной части и поскольку диаметры торцов у более мощных разъемов больше получается большая площадь контакта, следовательно разъем способен пропускать больший ток.

Разъемы DKJ10-25 я покупал год назад и у этого продавца их больше нет. Буквально пару дней назад я заказал пару DKJ35-50. Покупал . Правда пришлось сначала объясняться с продавцом - в описании написано, что под провод 35-50 мм2 , а на фоторгафии 10-25 мм2 . Продавец заверил, что это разъемы под провод 35-50 мм2 . Что пришлет увидим - есть время подождать.
Как только первый вариант сварочного аппарата пройдет испытания начну собирать второй вариант с гораздо большим набором функций. Не буду скромничать - уже больше полугода пользуюсь сварочным аппаратом AuroraPRO INTER TIG 200 AC/DC PULSE (есть точно такой же и именем "КЕДР"). Аппарат мне очень нравится, а его возможности просто вызвали бурю восторга.

Но в процессе освоения сварочного аппарата выяснилось несколько недостатков, которые хотелось бы устранить. Я не буду вдаваться в подробности что именно мне не понравилось, поскольку аппарат действительно весьма не дурен, но хочется больше. Поэтому собственно и взялся за разработку своего сварочного аппарата. Аппарат типа "Бармалей" будет тренировочным, а следующий уже должен будет превзойти имеющуюся "Аврору".

ОПРЕДЕЛЯЕМСЯ С ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМОЙ СВАРОЧНОГО АППАРАТА

Итак, просмотрены все варианты схем, заслуживающие внимания, приступаем к сборке собственного сварочного аппарата. Для начала нужно определится с силовым трансформатором. Покупать ш-образные ферриты я не стану - имеются в наличии ферриты от строчных трансформаторов и есть довольно много одинаковых. Но форма данного сердечника довольно своеобразна, да и магнитная проницаемость на них не указана...
Придется сделать несколько тестовых замеров, а именно сделать каркасик под один сердечник, намотать на нем с полсотни витков и одевая этот каркасик на сердечники выбрать те, у которых индуктичность будет максимально одинаковая. Таким образом будут отобраны сердечники, которые будут использованы для сборки общего сердечника, состоящего из нескольких магнитопроводов.
Далее нужно будет выяснить, сколько витков необходимо намотать на первичной обмотке, чтобы сердечник и в насыщение не вогнать и использовать максимально габаритную мощность.
Для этого можно воспользоваться статьей Бирюкова С. А. (СКАЧАТЬ), а можно по мотивам статьи собрать свой собственный стенд для проверки насыщаемости сердечника. Второй способ для меня предпочтительней - для данного стенда я использую ту же микросхему, что и для сварочного аппарата - UC3845. Прежде всего это позволит "пощупать" микросхему живьем, проверить диапазоны регулировок, а установив в стенд панельку для микросхем я смогу проверять данные микросхемы непосредственно перед установкой в сварочный аппарат.
Собирать будем следующую схему:

Здесь почти классическая схема включения UC3845. На VT1 собран стабилизатор напряжения для самой микросхемы, поскольку диапазон питающих напряжения самого стенда довольно большой. VT1 любой в корпусе ТО-220 с током от 1 А и напряжением К-Э выше 50 В.
Кстати о питающих напряжениях - нужен БП с напряжением минимум 20 вольт. Максимальное напряжение не более 42 вольт - для работы голыми руками это еще безопасное напряжение, хотя лучше выше 36 не подниматься. Блок питания должен обеспечивать ток не менее 1 ампера, т.е. иметь мощность от 25 Вт и выше.
Здесь стоит учитывать, что данный стенд работает по принципу бустера, поэтому суммарно напряжение стабилитронов VD3 и VD4 должно быть как минимум на 3-5 вольт больше напряжения питания. Превышать разницу более чем на 20 вольт крайне не рекомендуется.
В качестве блока питания для стенда можно использовать автомобильное зарядное устройство с классическим трансофрматором, не забыв поставить на выход зарядного пару конденсаторов на 1000мкФ 50В. Регулятор тока зарядки ставим на максимум - больше чем нужно схема не возьмет.
Если нет подходящего блока питания и собрать его не из чего, то можно ПРИОБРЕСТИ ГОТОВЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ , выбрать можно и в пластиковом корпусе, и в металлическом. Цена от 290 рублей.
Транзистор VT2 служит для регулировки подаваемого на индуктивность напряжения, VT3 - формирует импульсы на исследуемой индуктивности, а VT4 - выступает в роли размагничивающего индуктивность устройства, так сказать электронная нагрузка.
Резистором R8 - частота преобразования, а R12 подаваемое на дроссель напряжение. Да, да, именно дроссель, поскольку пока у нас нет вторичной обмотки этот кусок трансформатора есть не что иное как самый обычный дроссель.
Резисторы R14 и R15 измерительные - с R15 производится контроль тока микросхемой, а с обоих прозводится контроль формы напряжения падения. Используется два резистора для увеличения напряжения падения и меньшего сбора мусора осциллографом - клемма X2.
Тестируемы дроссель подключается к клеммам X3, а к клеммам X4 подключается напряжение питания стенда.
На схеме показано то, что собрано у меня. Однако эта схема имеет довольно не приятный недостаток - напряжение после транзистора VT2 сильно зависит от нагрузки, поэтому я в своих замерах использовал положение движка R12, при котром транзистор полностью открыт. Если доводить данную схему до ума, то желательно вместо полевика использовать параметрический регулятор напряжения, ну например вот такой:

Я что то еще делать с этим стендом не буду - у меня есть ЛАТР и я могу спокойно изменять напряжение питания стенда подключив тестовый, обычный трансформатор через ЛАТР. Единственно, что пришлось добавить - вентилятор. VT4 работает в линейном режиме и греется довольно бодро. Чтобы не перегревать общий радиатор воткнул вентилятор и ограничительными резисторами.

Здесь логика довольно простая - я вбиваю параметры сердечника, делаю расчет для преобразователя на IR2153, а выходное напряжение ставлю равным выходному напряжению своего блока питания. В итоге у меня получается для двух колец К45х28х8 для вторичного напряжения необходимо намотать 12 витков. Мотаемс...

Начинаем с минимальной частоты - за перегрузку транзистора можно не беспокоится - сработает ограничитель тока. Осциллографом становимся на клеммы Х1, плавно увеличиваем частоту и наблюдаем следующую картинку:

Далее составляем пропорцию в Экселе для вычисления количества витков в первичной обмотке. Результат будет существенно отличаться от расчетов в программе, но даем себе отчет, что программа учитывает и время пауз и напряжения падения на силовых транзисторах и выпрямительных диодах. К тому же увеличесние количества витков не приводит к пропорциональному увеличению индуктивность - там квадратичная засимость. Поэтому увеличение количества витков приводит к существенному увеличению индуктивного сопротивления. ПРограмам это тоже учитывает. Мы же сделаем не много по другому - чтобы дать поправку на эти параметры в свою таблицу мы вносим уменьшение на 10% первичного напряжения.
Рядом строим вторую пропорцию по которой можно будет вычислить нужное количество витков под вторичные напряжения.
Перед пропорциями с количеством витков есть еще две таблички с помощью которых можно вычислить количество витков и индуктивность выходного дросселя сварочного аппарата, что для данного устройства тоже довольно важно.

В этом файле пропорции лежат на ЛИСТЕ 2 , на ЛИСТЕ 1 расчеты импульсных блоков питания для видео о расчетах в Экселе. Решил все таки дать свободный доступ. Видео, котором идет речь здесь:

Текстовый вариант о том как составить данную таблицу и исходные формулы .

С расчетами закончили, но осталась червоточина - схема стенда простая как три копейки, показала вполне приемлемые результаты. Может собрать полноценный стенд с питанием непосредственно от сети 220? Но гальваническая связь с сетью это не очень хорошо. Да и удалять накопленную индуктивностью энергию при помощи линейного транзистора тоже не очень хорошо - нужен будет ОЧЕНЬ мощный транзистор с ОГРОМНЫМ радиатором.
Ладно, нужно не много подумать...

Как выяснить насыщаемость сердечника вроде разобрались, выбираем сам сердечник.
Уже упоминалось, что искать и покупать Ш-образный феррит лично мне слишком лениво, поэтому Достаю свой ящик с ферритами от строчных трансформаторов и выбираю ферриты одного размера. Затем делаю оправку именно для одного сердечника и мотаю на ней витков 30-40 - чем больше витков - тем точнее получатся результаты измерений индуктивности. Мне нужно выбрать одинаковые сердечники.
Сложив получившиеся в Ш-образную конструкцию делаю оправку и мотаю пробную обмотку. Пересчитав количество витков первички выясняется, что габаритной мощности маловато будет - Бармалеи содержат 18-20 витков первички. Беру сердечники большего размера - остались от каких то старых заготовок и начинается пара часов тупизма - проверяя середчнки по методике, изложенной в первой части статьи количество витков получается даже больше, чем у счетверенного сердечника, а я использовал шесть коплектов и размер гораздо больше...
Лезу в программы расчета "Старичка" - он же Денисенко. На всякий случай вбиваю сдвоенный сердечник Ш20х28. Расчет показывает, что для частоты 30 кГц количество витков первички равно 13-ти. Допускаю мысль, что "лишнии" витки намотаны для исключения насыщения на 100%, ну и зазор тоже нужно компенсировать.

Перед вводом своих новых сердечников пересчитваю площадь круглых краев сердечника и вывожу значения для якобы прямоугольных краев. Расчет делаю для мостовой схемы, поскольку в однотактном преобразователе прикладывается ВСЕ имеющиеся первиное напряжение. Вроде все сходится - с данных сердечников можно взять порядка 6000 Вт.

По ходу выясняется, что в программах какой то косячок - полностью одинаковые данные для сердечников в двух программах дают разные результаты - ExcellentIT 3500 и ExcellentIT_9 вещают разную мощность получающегося трансформатора. Разница в несколько сотен ватт. Правда количество витков первичной обмотки совпадают. Но если количество витков первички одинаковое, то и габаритная мощность дожна быть одинаковая. Еще часик уже повышенного тупизма.
Чтобы не пинать посетителей на поиски программ Старичка собрал их в один сборник и упаковал в один архив, который можно СКАЧАТЬ . Внутри архива практически все программы созданные Старичком, которые удалось найти. На каком то форуме тоже видел подобный сборник, но вот на каком чет не припомню.
Для решения возникшей проблемы еще раз перечитываю статью Бирюкова...
Становлюсь осциллографом на резистор в цепи истока и начинаю наблюдать измения формы падения напряжения на разных индуктивностях.
На не больших индуктивностях действительно происходит перегиб формы напряжения падения на истоковом резисторе, а вот уже на счетверенном сердечнике от ТДКС она линейна хоть на частоте 17 кГц, хоть на 100 кГц.
В принципе можно использовать данные из программ-калькуляторов, но на стенд возлагались надежды и они реально рушаться.
Не спешно откидываю витки на сшестеренном сердечнике и прогняю его на стенде наблюдая за изменниями осциллограм. Реально какая то фигня! Ток ограничивается стендом еще до того как ничается изгибаться кривая напряжения...
Малой кровью обойтись не получается - даже увеличив ограничение тока до 1А падение напряжение на истоковм резисторе все равно линейное, но появляется закономерность - дойдя до определенной частоты ораничение тока выключается и длительность импульса начинает меняться. Все таки для этого стенда индуктивность слишком большая...
Остается проверить мои подозрения и намотать пробную обмотку на 220 вольт и...
Достаю с полки своего монстра - давненько я им не пользовался.

Описание данного стенда с чертежом печатной платы .
Прекрасно понимаю, что собирать подобный стенд ради сборки сварочного аппарата занятие довольно трудоемкое, поэтому приведенные результы измерений это лишь промежуточный результат, чтобы иметь хоть какое представление о том, какие сердечники и как можно использовать. Далее, в процессе сборки, когда уже будет готова печатная плата на рабочий сварочник я еще раз перепроверю сделанные в этих замерах результаты и попытаюсь разаработать методику безошибочной намотки силового трансформатора с использованием готовой платы как проверочного стенда. Ведь маленький стенд вполне работоспособен, но только для маленьких индуктивностей. Можно конечно попробовать поиграться с количеством витков, уменьшая их до 2-х или 3-х, но даже на перемагничивание такого массивного сердечника требуется не мало энергии и блоком питания в 1 А уже не отделаешься. Методика с использованием стенда перепроверилась при использовании традиционного сердечника Ш16х20, сложенный вдвое. На всякий случай размеры Ш-образных отечественных сердечников и рекомендуемые замены на импортные сложил .
Так что с сердечниками ситуация хоть и прояснилась, но на всякий случай результаты будут перепроверены уже на однотактном инверторе.

Пока же начнем изготовление жгута для трансформатора сварочного аппарата. Можно свить жгут, можно склеить ленту. Мне всегда больше нравились ленты - по трудоемкости они конечно превосходят жгуты, но плотность намотки гораздо выше. Следовательно можно снизить напряженность в самом проводе, т.е. в расчет закладывать не 5 А/мм2 , как обычно делается для подобных игрушек, а к примеру 4 А/мм2 . Это заметно облегчит тепловой режим и скорей всего даст возможность получить ПВ равным 100%.
ПВ - один из наиболее важных параметров сварочных аппаратов, ПВ это П родолжительность В ключения, т.е. время не прерывной сварки на токах близких к максимальным. Если ПВ равно 100% на максимальном токе, то это уже автоматически переводит сварочный аппарат в разъряд профессиональных. Кстати даже у многих профессиональных ПВ равно 100% только при выходном токе равным 2/3 от максимального. Экономят на системах охлаждения, но я то вроде собрался делать сварочный аппарат для себя, следовательно я могу себе позволить и гораздо большие площади теплоотводов для полупроводников, а для трансформатора сделать более легкий тепловой режим...

Недавно собирал сварочный инвертор от Бармалея, на максимальный ток 160 ампер, одноплатный вариант. Названа эта схема в честь её автора - Barmaley. Вот электрическая схема и файл с печатной платой .

Схема инвертора для сварки

Работа инвертора : питание от однофазной сети 220 Вольт выпрямляется, сглаживается конденсаторами и подаётся на транзисторные ключи, которые из постоянного напряжения делают высокочастотное переменное, подаваемое на ферритовый трансформатор. Благодаря высокой частоте мы имеем уменьшение габаритов силового транса и как следствие, применяем не железо, а феррит. Дальше понижающий трансформатор, за ним выпрямитель и дроссель.

Осциллограмы управление полевыми транзисторами. Замерял на стабилитроне кс213б без силовых ключей, коэфициент заполнения 43 и частота 33.

В своём варианте силовые ключи IRG4PC50U заменил на более современные IRGP4063DPBF . Стабилитрон кс213б заменил на два 15 вольтовых мощностью 1.3 ватта встречно включенных, так как в прошлом аппарате кс213б немного грелись. После замены проблема сразу исчезла. Остальное все остается как в схеме.

Это осциллограмма коллектор-эмиттер нижнего ключа (по схеме). При подаче питания 310 вольт через лампу 150 ватт. Осциллограф стоит 5 вольт деление и 5 мкс дел. через делитель умноженное на 10.

Силовой трансформатор намотан на сердечнике B66371-G-X187, N87, E70/33/32 EPCOS Моточные данные: сначала пол первички, вторичка, и снова остатки первички. Провод что на первичке, что на вторичке - диаметром 0.6 мм. Первичка - 10 проводов 0.6 скрученных вместе 18 витков (всего). В первый ряд как раз влазит 9 витков. Далее остатки первички в сторону, мотаем 6 витков проводом 0.6 сложенного в 50 штук так же скрученного. И далее снова остатки первички, то есть 9 витков. Не забываем межслойную изоляцию (использовал несколько слоев кассовой бумаги, 5 или 6, больше не усердствуем, иначе обмотка не влезет в окно). Каждый слой пропитывал эпоксидкой.

Затем все собираем, между половинками Е70 феррита нужен зазор 0.1 мм, по крайним кернам ложим прокладку из обычного кассового чека. Все стягиваем, склеиваем.

Я покрасил из баллончика черной матовой краской, затем лаком. Да, чуть не забыл, каждую обмотку, когда скрутили, обматываем малярным скочем - изолируем, так сказать. Не забываем помечать начало и концы обмоток, пригодится для дальнейшей фазировки и сборки. При неправильной фазировке трансформатора аппарат будет варить в пол-силы.

При включении инвертера в сеть, начинается зарядка выходных конденсаторов. Первоначальный ток их зарядки очень велик, сравним с КЗ, и может привести к выгоранию диодного моста. Не говоря уже о том, что для кондёров это тоже чревато выходом из строя. Чтобы избежать такого резкого скачка тока в момент включения, ставят ограничители заряда конденсаторов. В схеме Бармалея это 2 резистора по 30 Ом, мощностью по 5 ватт, итого 15 Ом х 10 Ватт. Резистор ограничивает ток зарядки конденсаторов и после их зарядки можно уже подавать питание напрямую, минуя эти резисторы, что и делает реле.

В сварочном аппарате по схеме Бармалея применена реле WJ115-1A-12VDC-S. Питание катушки реле - 12 вольт DC, коммутируемая нагрузка 20 Ампер, 220 Вольт AC. В самоделках очень распространено применение автомобильных реле на 12 Вольт, 30 Ампер. Однако они не предназначены для коммутации тока до 20 Ампер сетевого напряжения, но, тем не менее, дёшевы, доступны и вполне справляются со своей задачей.

Токоограничивающий резистор лучше ставить обычный проволочный, он выдержит любые перегрузки и более дёшев, чем импортные. Например С5-37 В 10 (20 Ом, 10 Ватт, проволочный). Вместо резисторов можно поставить токоограничивающие конденсаторы, последовательно в цепь переменного напряжения. Например К73-17, 400 Вольт, суммарной ёмкостью 5-10 мкФ. Конденсаторы 3 мкФ, заряжают ёмкость 2000 мкФ, примерно за 5 секунд. Расчёт тока зарядки конденсаторов такой: 1 мкФ ограничивает ток на уровне 70 миллиампер. Получается 3 мкФ на уровне 70х3=210 миллиампер.

Наконец собрал все в едино запустил. Ток по ограничению выставил 165 ампер, теперь оформим сварочный инвертор в хороший корпус. Себестоимость самодельного инвертора примерно 2500 рублей - детали заказывал в интернете.

Провод в перемоточном цехе брал. Еще можно провод снять с телевизоров с размагничивающего контура с кинескопа (это практически готовая вторичка). Дроссель изготовил из E65 , медной полосой шириной 5 мм и толщиной 2 мм - 18 витков. Индуктивность подобрал 84 мкГн путем увеличивания зазора между половинками, он составил 4 мм. Можно и не полосой мотать, а так-же 0.6 мм проволокой, но ее труднее будет уложить. Первичку на трансформаторе можно мотать проводом 1.2 мм, набором из 5 штук 18 витков, но можно и 0.4 мм так же посчитать количество проводов под нужное вам сечение, то есть к примеру 15 штук 0.4 мм 18 витков.

После монтажа и настройки схемы на плате, собрал все воедино. Испытания Бармалей прошел успешно: тройку и четверку электрода тянет спокойно. Ток по ограничению поставил 165 Ампер. Собрал и испытал устройство: Арси .

Обсудить статью СВАРОЧНЫЙ ИНВЕРТОР БАРМАЛЕЙ

Трансформатор является необходимым элементом любого сварочного источника. Он понижает напряжение сети до уровня напряжения дуги, а также осуществляет гальваническую развязку сети и сварочной цепи. Известно, что размеры трансформатора определяются его рабочей частотой, а также качеством магнитного материала сердечника.

Примечание.

При понижении частоты габариты трансформатора возрастают, а при повышении – уменьшаются.

Трансформаторы классических источников работают на относительно низкой частоте сети. Поэтому вес и габариты этих источников в основном определялись массой и объемом сварочного трансформатора.

В последнее время были разработаны различные высококачественные магнитные материалы, позволяющие несколько улучшить массогабаритные параметры трансформаторов и сварочных источников. Однако существенного улучшение этих параметров можно добиться только за счет увеличения рабочей частоты трансформаторов. Так как частота сетевого напряжения является стандартом и не может быть изменена, то повысить рабочую частоту трансформатора можно, используя специальный электронный преобразователь.

Блок-схема инверторного сварочного источника

Упрощенная блок-схема инверторного сварочного источника (ИСИ) изображена на рис. 1 . Рассмотрим схему. Сетевое напряжение выпрямляется и сглаживается, а затем подается на электронный преобразователь. Он преобразует постоянное напряжение в переменное высокой частоты. Переменное напряжение высокой частоты трансформируется при помощи малогабаритного высокочастотного трансформатора, затем выпрямляется и подается в сварочную цепь.

Типы трансформаторов

Работа электронного преобразователя тесно связана с циклами перемагничивания трансформатора. Так как ферромагнитный материал сердечника трансформатора обладает нелинейностью и насыщается, то индукция в сердечнике трансформатора может расти лишь до какого-то максимального значения Вm.

После достижения этого значения сердечник необходимо размагнитить до нуля или перемагнитить в обратном направлении до значения – Вm. Энергия может передаваться через трансформатор:

• в цикле намагничивания;
• в цикле перемагничивания;
• в обоих циклах.

Определение.

Преобразователи, обеспечивающие передачу энергии в одном цикле перемагничивания трансформатора, называются однотактными .

Соответственно, преобразователи, обеспечивающие передачу энергии в обоих циклах перемагничивания трансформатора, называются двухтактными .

Однотактный прямоходовый преобразователь

Преимущества однотактных преобразователей. Однотактные преобразователи получили наибольшее распространение в дешевых и маломощных инверторных сварочных источниках, рассчитанных на работу от однофазной сети. В условиях резко переменной нагрузки, каковой является сварочная дуга, однотактные преобразователи выгодно отличаются от различных двухтактных преобразователей:

• они не требуют симметрирования;
• они не подвержены такой болезни, как сквозные токи.

Следовательно, для управления этим преобразователем, требуется более простая схема управления, по сравнению с той, которая потребуется для двухтактного преобразователя.

Классификация однотактных преобразователей. По способу передачи энергии в нагрузку, однотактные преобразователи делятся на две группы: прямоходовые и обратноходовые (рис. 2 ). В прямоходовых преобразователях энергия в нагрузку передается в момент замкнутого состояния, а в обратноходовых преобразователях - в момент разомкнутого состояния ключевого транзистора VT. При этом в обратноходовом преобразователе, энергия запасается в индуктивности трансформатора Т во время замкнутого состояния ключа и ток ключа имеет форму треугольника с нарастающим фронтом и крутым срезом.

Примечание.

При выборе типа преобразователя ИСИ между прямоходовым и обратноходовым, предпочтение отдается прямоходовому однотактному преобразователю.

Ведь не смотря на его большую сложность, прямоходовой преобразователь, в отличие от обратноходового, имеет большую удельную мощность . Это объясняется тем, что в обратноходовом преобразователе через ключевой транзистор протекает ток треугольной формы, а в прямоходовом - прямоугольной. Следовательно, при одном и том же максимальном токе ключа, среднее значение тока у прямоходового преобразователя получается в два раза выше.

Основными достоинствами обратноходового преобразователя является:

• отсутствие дросселя в выпрямителе;
• возможность групповой стабилизации нескольких напряжений.

Эти достоинства обеспечивают преимущество обратноходовым преобразователям в различных маломощных применениях, каковыми являются источники питания различной бытовой теле- и радиоаппаратуры; а также служебные источники питания цепей управления самих сварочных источников.

Трансформатор однотранзисторного прямоходового преобразователя (ОПП) , изображенного на рис. 2, б , имеет специальную размагничивающую обмотку III. Эта обмотка служит для размагничивания сердечника трансформатора Т, который намагничивается во время замкнутого состояния транзистора VT.

В это время напряжение на обмотке III прикладывается к диоду VD3 в запирающей полярности. Благодаря этому размагничивающая обмотка не оказывает никакого влияния на процесс намагничивания.

После закрытия транзистора VT :

• напряжение на обмотке III меняет свою полярность;
• диод VD3 отпирается;
• энергия, накопленная в трансформаторе Т, возвращается в первичный источник питания Uп.

Примечание.

Однако на практике, из-за недостаточной связи между обмотками трансформатора, часть энергии намагничивания не возвращается в первичный источник. Эта энергия обычно рассеивается в транзисторе VT и демпфирующих цепочках (на рис. 2 не показаны), ухудшая общую эффективность и надежность преобразователя.

Косой мост. Указанный недостаток отсутствует в двухтранзисторном прямоходовом преобразователе (ДПП) , который зачастую называют «косой мост» (рис. 3, а ). В этом преобразователе (благодаря введению дополнительного транзистора и диода) в качестве размагничивающей обмотки используется первичная обмотка трансформатора. Так как эта обмотка сама с собою полностью связана, то проблемы не полного возврата энергии намагничивания полностью исключаются.

Рассмотрим подробнее процессы, происходящие в момент перемагничивания сердечника трансформатора.

Общей особенностью всех однотактных преобразователей является то, что их трансформаторы работают в условиях с односторонним намагничивантем.

Магнитная индукция В (в трансформаторе с односторонним намагничиванием) может изменяется только в пределах от максимальной Вm до остаточной Вr, описывая частную петлю гистерезиса.

Когда транзисторы VT1, VT2 преобразователя открыты, энергия источника питания Uп через трансформатор Т передается в нагрузку. При этом сердечник трансформатора намагничивается в прямом направлении (участок а-b на рис. 3 , б).

Когда транзисторы VT1, VT2 заперты, ток в нагрузке поддерживается за счет энергии запасенной в дросселе L. При этом ток замыкается через диод VD0. В этот момент под действием ЭДС обмотки І, открываются диоды VD1, VD2, и через них протекает ток размагничивания сердечника трансформатора в обратном направлении (участок b-а на рис. 3, б ).

Изменение индукции ∆В в сердечнике происходит практически от Вm до Вr и значительно меньше значения ∆В= 2·Вm, возможного для двухтактного преобразователя. Некоторый прирост ∆В можно получить с помощью введения немагнитного зазора в сердечник. Если сердечник имеет немагнитный зазор δ, то остаточная индукция становится меньше, чем Вr . В случае наличия немагнитного зазора в сердечнике, новое значение остаточной индукции можно найти в точке пересечения прямой, проведенной из начала координат под углом Ѳ, к кривой перемагничивания (точка В1 на рис. 3, б ):

tgѲ= µ 0 ·l c /δ,

где µ 0 – магнитная проницаемость;

l c – длина средней силовой магнитной линии магнитного сердечника, м;

δ – длина немагнитного зазора, м.

Определение.

Магнитная проницаемость – это отношение индукции В к напряженности Н для вакуума (также справедливо и для немагнитного воздушного зазора) и является физической постоянной, численно равной µ 0 =4π·10 -7 Гн/м.

Величину tgѲ можно рассматривать как проводимость немагнитного зазора , приведенную к длине сердечника. Таким образом, введение немагнитного зазора эквивалентно введению отрицательной напряженности магнитного поля:

Н1 = -В1/ tgѲ.

Двухтактный мостовой преобразователь

Достоинства двухтактных преобразователей. Двухтактные преобразователи содержат большее количество элементов и требуют более сложных алгоритмов управления. Однако эти преобразователи обеспечивают меньшую пульсацию входного тока, а также позволяют получить большую выходную мощность и эффективность, при одинаковой мощности дискретных ключевых компонентов.

Схема двухтактного мостового преобразователя. На рис. 4, а изображена схема двухтактного мостового преобразователя. Если сравнивать этот преобразователь с однотактными, то он ближе всего к двухтранзисторному прямоходовому преобразователю (рис. 3 ) . Двухтактный преобразователь легко в него преобразуется, если убрать пару транзисторов и пару диодов, расположенных по диагонали (VT1, VT4, VD2,VD3 или VT2, VT3, VD1, VD4).

Таким образом, двухтактный мостовой преобразователь является комбинацией двух однотактных преобразователей, работающих поочерёдно. При этом энергия в нагрузку передается в течение всего периода работы преобразователя, а индукция в сердечнике трансформатора может меняться от -Вm до +Вm.

Как и в ДПП, диоды VD1-VD4 служат для возврата энергии, накопленной в индуктивности рассеяния Ls трансформатора Т, в первичный источник питания Uп. В качестве этих диодов могут быть использованы внутренние диоды MOSFET.

Принцип действия. Рассмотрим подробнее процессы, происходящие в момент перемагничивания сердечника трансформатора.

Примечание.

Общей особенностью двухтактных преобразователей является то, что их трансформаторы работают в условиях с симметричным перемагничиванием.

Магнитная индукция В, в сердечнике трансформатора с симметричным перемагничиванием, может изменяется в пределах от отрицательно -Вm до положительной +Вm максимальной индукции.

В каждом полупериоде работы ДМП открыты два ключа, расположенные по диагонали. В паузе все транзисторы преобразователя обычно закрыты, хотя существуют режимы управления, когда некоторые транзисторы преобразователя остаются открытыми и в паузе.

Сосредоточимся на режиме управления, согласно которого в паузе все транзисторы ДМП закрыты.

Когда транзисторы VT1, VT4 преобразователя открыты, энергия источника питания Uп через трансформатор Т передается в нагрузку. При этом сердечник трансформатора намагничивается в условном обратном направлении (участок b-а на рис. 4, б ).

В паузе, когда транзисторы VT1, VT4 закрыты, ток в нагрузке поддерживается за счет энергии, запасенной в дросселе L. При этом ток замыкается через диод VD7. В этот момент одна из вторичных обмоток (IIа или IIb) трансформатора Т замкнута накоротко через открытый диод VD7 и один из выпрямительных диодов (VD5 или VD6). В результате этого индукция в сердечнике трансформатора практически не меняется.

После завершения паузы открываются транзисторы VT2, VT3 преобразователя, и энергия источника питания Uп через трансформатор Т передается в нагрузку.

При этом сердечник трансформатора намагничивается в условном прямом направлении (участок а-b на рис. 4 ). В паузе, когда транзисторы VT2, VT3 закрыты, ток в нагрузке поддерживается за счет энергии запасенной в дросселе L. При этом ток замыкается через диод VD7. В этот момент индукция в сердечнике трансформатора практически не меняется и фиксируется на достигнутом положительном уровне.

Примечание.

Из-за фиксации индукций в паузах, сердечник трансформатора Т способен перемагничиваться только в моменты открытого состояния диагонально расположенных транзисторов.

Чтобы в этих условиях избежать одностороннего насыщения необходимо обеспечить равное время открытого состояния транзисторов, а также симметричность силовой схемы преобразователя.