Принцип побудови і робота інверторних зварювальних апаратів. Як зробити зварювальний інвертор на тиристорах своїми руками? Принцип роботи схеми косою міст

Нещодавно збирав зварювальний інвертор від Бармалея, на максимальний струм 160 ампер, одноплатний варіант. Названа ця схема в честь її автора - Barmaley. Ось електрична схема і файл з друкованою платою.

Схема інвертора для зварювання

Робота інвертора: Живлення від однофазної мережі 220 Вольт випрямляється, згладжується конденсаторами і подається на транзисторні ключі, які з постійної напруги роблять високочастотне змінне, що подається на феритовий трансформатор. Завдяки високій частоті ми маємо зменшення габаритів силового трансу і як наслідок, застосовувати не залізо, а ферит. Далі понижуючий трансформатор, за ним випрямляч і дросель.

Осціллограми управління польовими транзисторами. Заміряв на стабілітроні кс213б без силових ключів, коефіцієнт заповнення 43 і частота 33.

У своєму варіанті силові ключі IRG4PC50U замінив на більш сучасні IRGP4063DPBF. Стабілітрон кс213б замінив на два 15 вольтів потужністю 1.3 вата зустрічно включених, так як в минулому апараті кс213б трохи грілися. Після заміни проблема відразу зникла. Інше все залишається як в схемі.

Це осциллограмма колектор-емітер нижнього ключа (за схемою). При подачі живлення 310 вольт через лампу 150 ват. Осцилограф коштує 5 вольт розподіл і 5 мкс справ. через дільник помножене на 10.

Силовий трансформатор намотаний на сердечнику B66371-G-X187, N87, E70 / 33/32 EPCOS Моточні дані: спочатку підлогу первинки, вторинка, і знову залишки первинки. Провід що на первинному ринку, що на вторинному ринку - діаметром 0.6 мм. Первинна нерухомість - 10 проводів 0.6 скручених разом 18 витків (всього). У перший ряд якраз влазить 9 витків. Далі залишки первинки в сторону, мотаємо 6 витків проводом 0.6 складеного в 50 штук так само скрученого. І далі знову залишки первинки, тобто 9 витків. Не забуваємо міжшарового ізоляцію (використовував кілька шарів касової паперу, 5 або 6, більше не стараючись, інакше обмотка не влізе у вікно). Кожен шар просочував епоксидкой.

Потім все збираємо, між половинками Е70 фериту потрібен зазор 0.1 мм, по крайнім керна кладемо прокладку зі звичайного касового чека. Все стягуємо, склеюємо.

Я пофарбував з балончика чорною матовою фарбою, потім лаком. Так, мало не забув, кожну обмотку, коли скрутили, обмотуємо малярським скочив - ізолюємо, так би мовити. Не забуваємо позначати початок і кінці обмоток, стане в нагоді для подальшої фазировки і збірки. При неправильної фазировке трансформатора апарат буде варити в пів-сили.

При включенні інвертера в мережу, починається зарядка вихідних конденсаторів. Початковий струм їх зарядки дуже великий, можна порівняти з КЗ, і може призвести до вигоряння діодного моста. Не кажучи вже про те, що для кондери це теж загрожує виходом з ладу. Щоб уникнути такого різкого стрибка струму в момент включення, ставлять обмежувачі заряду конденсаторів. У схемі Бармалея це 2 резистора по 30 Ом, потужністю по 5 ват, разом 15 Ом х 10 Ватт. Резистор обмежує струм зарядки конденсаторів і після їх зарядки можна вже подавати живлення безпосередньо, минаючи ці резистори, що і робить реле.

У зварювальному апараті по схемі Бармалея застосована реле WJ115-1A-12VDC-S. Харчування котушки реле - 12 вольт DC, коммутируемая навантаження 20 Ампер, 220 Вольт AC. У саморобки дуже поширене застосування автомобільних реле на 12 Вольт, 30 Ампер. Однак вони не призначені для комутації струму до 20 Ампер напруги, але, тим не менше, дешеві, доступні і цілком справляються зі своїм завданням.

Струмообмежуючі резистор краще ставити звичайний дротяний, він витримає будь-які перевантаження і більш дешевий, ніж імпортні. Наприклад С5-37 У 10 (20 Ом, 10 Ватт, дротяний). Замість резисторів можна поставити токоограничивающие конденсатори, послідовно в ланцюг змінного напруги. Наприклад К73-17, 400 Вольт, сумарною місткістю 5-10 мкФ. Конденсатори 3 мкФ, заряджають ємність 2000 мкФ, приблизно за 5 секунд. Розрахунок струму зарядки конденсаторів такий: 1 мкФ обмежує струм на рівні 70 міліампер. Виходить 3 мкФ на рівні 70х3 \u003d 210 міліампер.

Нарешті зібрав все в єдине запустив. Струм по обмеженню виставив 165 ампер, тепер оформимо зварювальний інвертор в хороший корпус. Собівартість саморобного інвертора приблизно 2500 рублів - деталі замовляв в інтернеті.

Провід в перемоточном цеху брав. Ще можна провід зняти з телевізорів з розмагнічуючого контуру з кінескопа (це практично готова вторинка). Дросель виготовив з E65, Мідної смугою шириною 5 мм і товщиною 2 мм - 18 витків. Індуктивність підібрав 84 мкГн шляхом увелічіванія зазору між половинками, він склав 4 мм. Можна і не смугою мотати, а так-же 0.6 мм дротом, але її важче буде укласти. Первинку на трансформаторі можна мотати проводом 1.2 мм, набором з 5 штук 18 витків, але можна і 0.4 мм так само порахувати кількість проводів під потрібне вам перетин, тобто наприклад 15 штук 0.4 мм 18 витків.

Після монтажу і налаштування схеми на платі, зібрав все воєдино. Випробування Бармалей пройшов успішно: трійку і четвірку електрода тягне спокійно. Струм по обмеженню поставив 165 Ампер. Зібрав і випробував пристрій: Арсі .

Обговорити статтю ЗВАРЮВАЛЬНИЙ ИНВЕРТОР Бармалей

Досить часто для побудови зварювального інвертора застосовують основні три типи високочастотних перетворювачів, а саме перетворювачі включені за схемами: асиметричний або косою міст, напівміст, а також повний міст. При цьому резонансні перетворювачі є підвидами схем напівмоста і повного моста. За системою управління дані пристрої можна поділити на: ШІМ (широтно-імпульсною модуляцією), ЧИМ (регулювання частоти), фазовий управління, а також можуть існувати комбінації всіх трьох систем.

Всі вище перераховані перетворювачі мають свої плюси і мінуси. Розберемося з кожним окремо.

Система напівміст з ШІМ

Блок схема показана нижче:

Це, мабуть, один з найпростіших, але не менш надійних перетворювачів сімейства двотактних. «Розгойдування» напруги первинної обмотки трансформатора силового буде дорівнює половині напруги живлення - це недолік даної схеми. Але якщо подивитися з іншого боку, то можна застосувати трансформатор з меншим сердечником, не побоюючись при цьому заходу в зону насичення, що одночасно є і плюсом. Для зварювальних інверторів мають потужність близько 2-3 кВт такою силовою модуль цілком перспективний.

Оскільки силові транзистори працюють в режимі жорсткого перемикання, то для їх нормальної роботи необхідно ставити драйвери. Це пов'язано з тим, що при роботі в такому режимі, транзисторів необхідний високоякісний керуючий сигнал. Також обов'язкова наявність безтоковой паузи, щоб не допустити одночасне відкриття транзисторів, результатом чого стане вихід останніх з ладу.

Досить перспективний вид полумостового перетворювача, його схема показана нижче:

Резонансний напівміст буде трохи простіше, ніж напівміст з ШІМ. Це обумовлено наявністю індуктивності резонансної, яка обмежує максимальний струм транзисторів, а комутація транзисторів відбувається в нулі струму або напруги. Струм, що протікає по силовому ланцюзі, буде мати форму синусоїди, що зніме навантаження з конденсаторних фільтрів. При такій побудові схеми необов'язково необхідні драйвери, перемикання може здійснюватися звичайним імпульсним трансформатором. Якість керуючих імпульсів в даній схемі не настільки істотно як в попередній, але безтоковая пауза все одно повинна бути.

В даному випадку можна обійтися без струмового захисту, а форма вольт-амперної характеристики, що не вимагає її параметричного формування.

Вихідний струм буде обмежуватися тільки індуктивністю намагнічування трансформатора і відповідно зможе досягати досить таки значних величин, в разі, коли виникне коротке замикання КЗ. Дана властивість позитивно впливає на підпал і горіння дуги, але і його також необхідно враховувати при підборі вихідних діодів.

Як правило, вихідні параметри регулюються зміною частоти. Але і регулювання фазное теж дає трохи своїх плюсів і є більш перспективним для зварювальних інверторів. Він дозволяє обійти таке неприємне явище як збіг режиму короткого замикання з резонансом, а також збільшує діапазон регулювання вихідних параметрів. Застосування фазового регулювання може дозволити змінювати вихідний струм в діапазоні від 0 до I max.

Асиметричний або «косою» міст

Це однотактний, прямоходовой перетворювач, блок схема якого приведена нижче:

Даний тип перетворювача досить популярний як у простих радіоаматорів, так і у виробників зварювальних інверторів. Найперші зварювальні інвертори будувалися саме за такими схемами - асиметричний або «косою» міст. Перешкодозахищеність, досить широкий діапазон регулювання вихідного струму, надійність і простота - ці всі якості до сих пір привертають виробників до цих пір.

Досить високі струми, що проходять через транзистори, підвищені вимоги до якості керуючого імпульсу, що призводить до необхідності використовувати потужні драйвера для управління транзисторами, а високі вимоги до виконання монтажних робіт в цих пристроях і наявність великих імпульсних струмів, які в свою чергу підвищують вимоги до - це істотні недоліки такого типу перетворювача. Також для підтримування нормальної роботи транзисторів необхідно додавання RCD ланцюжків - снабберов.

Але незважаючи на вище перелічені недоліки і низький ККД пристрою по схемі асиметричний або «косою» міст все ще застосовуються в зварювальних інверторах. В даному випадку транзистори Т1 і Т2 будуть працювати синфазно, тобто закриватися і відкриватися одночасно. В даному випадку накопичення енергії буде відбуватися не в трансформаторі, а в котушці дроселя ДР1. Саме тому для того, щоб отримати однакову потужність з мостовим перетворювачем необхідний подвоєний струм через транзистори, так як робочий цикл при цьому не буде перевищувати 50%. Більш докладно дану систему ми розглянемо в наступних статтях.

Являє собою класичний двотактний перетворювач, блок схема якого наведена нижче:

Дана схема дозволяє отримувати потужність в 2 рази більше, ніж при включенні типу напівміст і в 2 рази більше ніж при включенні типу «косою» міст, при цьому величини струмів і відповідно втрати у всіх трьох випадках будуть рівні. Це можна пояснити тим, напруга живлення буде рівним напрузі «розкачки» первинної обмотки трансформатора силового.

Для того, щоб отримати однакові потужності з півмилі (напруга розгойдування 0,5U піт.) Необхідний струм в 2 рази! менше ніж для випадку напівмоста. У схемі повного моста з ШІМ транзистори будуть працювати по черзі - Т1, Т3 включені, а Т2, Т4 вимкнені і відповідно навпаки при зміні полярності. Через відстежують і контролюють значення амплітудне струму що протікає через цю діагональ. Для його регулювання є два найбільш часто вживані способи:

• Залишити незмінним напруга відсічення, а змінювати тільки довжину імпульсу управління;
• Проводити зміни рівня відсікаючого напруги за даними з трансформатора струму при цьому залишаючи незмінним тривалість імпульсу управління;

Обидва способи можуть дозволити проводити зміни вихідного струму в досить великих межах. У повного моста з ШІМ недоліки і вимоги такі ж, як і у напівмоста з ШІМ. (Дивись вище).

Є найбільш перспективною схемою високочастотного перетворювача для зварювального інвертора, блок схема якого наведена нижче:

Резонансний міст не сильно відрізняється від повного моста з ШІМ. Різниця полягає в тому, що при резонансному підключенні послідовно з обмоткою трансформатора підключають резонансну LC ланцюжок. Однак її поява в корені міняє процес перекачування потужності. Зменшаться втрати, збільшиться ККД, знизиться навантаження на вхідні електроліти і електромагнітні перешкоди зменшаться. В даному випадку драйвери на силові транзистори потрібно застосовувати тільки в разі якщо будуть використані MOSFET транзистори, які мають ємність затвора більше 5000 pF. IGBT можуть обійтися лише наявністю імпульсного трансформатора. Більш докладні описи схем будуть приводиться в наступних статтях.

Управління вихідним струмом може проводиться двома способами - частотних і фазових. Обидва ці способи описувалися в резонансному півмилі (дивись вище).

Повний міст з дроселем розсіювання

Схема його нічим практично не відрізняється від схеми резонансного моста або напівмоста, тільки замість резонансної ланцюга LC послідовно з трансформатором включають не резонансну LC ланцюг. Ємність С, приблизно С≈22мкф х 63В, працює як сімметрірующій конденсатор, а індуктивний опір дроселя L як реактивний опір, величина якого буде лінійно змінюватися в залежності від зміни частоти. Перетворювач управляється частотним способом. , при збільшенні частоти напруги опір індуктивності зросте, що зменшить струм в силовому трансформаторі. Досить простий і надійний спосіб. Тому досить велика кількість промислових інверторів будують за таким принципом обмеження вихідних параметрів.

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.

Опис схеми інвертора

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

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".

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 \u003d (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 \u003d 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.

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).

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.

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 \u003d (Uпит * tімп) / (Bдоп * Sсеч),
де Uпит \u003d 320B - максимальна напруга живлення;
tімп \u003d ((1000 / f) / 2) * К - тривалість імпульсу, К \u003d (Кзап * 2) / 100 \u003d (0,45 * 2) / 100 \u003d 0,9 tімп \u003d ((1000/49) / 2 ) * 0,9 \u003d 9,2;
ВДОП \u003d 0,25 - допустима індукція для матеріалу сердечника;
Sсеч \u003d 1400 - перетин сердечника.
N \u003d (320 * 9.2) / (0,25 * 1400) \u003d 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 \u003d 49Khz витків в первинці: 16, вторинці: 5.

Вибір перерізу проводів первинної та вторинної обмоток, намотування трансформатора

Перетин проводів вибираємо з розрахунку 1мм.кв \u003d 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 \u003d 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).

Зварювальний інвертор - це досить популярний апарат, який є необхідним і в домашньому господарстві, і на промисловому підприємстві. Це не дивно, адже ті джерела живлення, якими користувалися раніше (перетворювачі, трансформатори, випрямлячі), володіли багатьма недоліками. Серед них можна назвати масу і габарити, велику енергоємність, але маленький діапазон регулювання режиму зварювання і низьку частоту перетворення. Зробивши своїми руками зварювальний інвертор на тиристорах, ви отримаєте потужний блок живлення для необхідних робіт. Також це допоможе істотно заощадити вам кошти, хоча все одно потребуватиме певних трудових і матеріальних витрат.

Зварювальний інвертор: особливості та функції апарату

Робота інвертора полягає в тому, щоб перетворювати змінний мережевий струм в його постійний високочастотний аналог.

Це відбувається в кілька етапів. До випрямного блоку з мережі йде струм. Там, після трансформації, напругу з змінного стає постійним. А інвертор виробляє зворотне перетворення, тобто надходить постійна напруга знову стає змінним, але з уже більш високою частотою. Після цього напруга знижується трансформатором, через вихідний випрямляч відбувається модифікація цього параметра в високочастотне постійна напруга.

Конструкція зварювального інвертора і його особливості

Завдяки тому що в конструкції апарату відсутні важкі деталі, він є дуже компактним і легким. У неї входять наступні складові:

Пристрій простого інвертора з перехресними зв'язками.

• інвертор;
• мережевий і вихідний випрямлячі;
• дросель;
• високочастотний трансформатор.

Навіть початківці зварювальники можуть працювати з такими апаратами. Їх застосовують як в побуті, так і в будівельній сфері або в автосервісах. Завдяки тому що є присутнім регулювання робочих режимів, варити можна і тонкі, і товсті метали. А підвищені умови горіння дуги і формування зварного шва дають вам можливість варити зварювальними інверторами будь сплави, чорні та кольорові метали, використовуючи всі можливі технології їх зварювання.

Переваги використання інвертора

В області зварного обладнання такі апарати користуються особливим попитом через безліч своїх переваг і достоїнств. Зробивши інвертор своїми руками, ви отримаєте:

• можливість варити складні кольорові метали і конструкційні стали;
• захист від програвав, коливань напруги, перевантажень по струму;
• високу стабільність зварного струму навіть при тому, що напруга може коливатися в мережі;
• якісно сформований шов;
• при зварюванні практично не буде розбризкування;
• горіння дуги буде стабілізованою в заданому ключі, навіть якщо спостерігається зовнішнє несприятливий вплив;
• багато інших корисних в роботі функції.

Схеми інвертора своїми руками

Взявши за основу те, як будується схема і як управляється сам процес инверторного перетворення, виділяють кілька видів апаратів, які є найбільш поширеними у використанні. Варіанти повного моста і напівмоста відносяться до двох двотактним схемами, а «косою» міст - до однотактной. Схема повного моста, яку називають двотактної, працює з двополярного імпульсами. Вони подаються на ключові транзистори (які є парними), а ті замикають і відкривають електричний ланцюг.

Схема інвертора "косою" міст.

Полу мостова схема буде відрізнятися від попереднього варіанту тим, що споживання струму у неї підвищений. Як ключі виступають транзистори, що працюють за тією ж двотактної моделі. На кожен з них подається половина вхідної напруги мережі. Потужність інвертора, в порівнянні з току з повним мостом, становить половину значення. Подібна схема має свої переваги в малопотужних пристроях. До того ж можна використовувати групу транзисторів, а не один дуже потужний.

Останній варіант - «косою» міст. Це інвертори, які працюють по однотактному принципом. Тут ви будете мати справу з однополярним імпульсами. Одночасне відкриття транзисторних ключів виключить можливість короткого замикання. Але серед недоліків цієї схеми виділяють подмагничивание муздрамтеатру трансформатора.

Подивіться на одну зі стандартних схем інвертора. Це конструкція за проектом Ю.Негуляева. Щоб зібрати такий апарат в домашніх умовах, потрібно ваше бажання, готовність до роботи і необхідна елементна база, яку ви зможете або знайти на радіоринку, або випаять зі старої побутової техніки.

Інструкція по збірці апарату

Стандартна схема інвертора за проектом Ю.Негуляева

Візьміть 6-міліметрову плиту з дюралюмінію. Приєднайте до неї все віддають тепло провідники й проведення. Врахуйте, що тут провід не потрібно оперізувати термоизолирующим матеріалом. Використовуючи стару схему (наприклад, комп'ютера), вам не доведеться окремо шукати транзистори і тиристори.

Далі підготуйте спеціальний високопотужний вентилятор (ви можете скористатися навіть автомобільним радіатором). Він буде обдувати все, включаючи резонансний дросель. Не забудьте притиснути останній до вашої основі за допомогою прокладки ущільнювача.

Для виготовлення самого дросельного приладу візьміть шість мідних сердечників. Їх можна знайти на ринку або зробити самому з деталей непотрібного старого телевізора. Притисніть діоди до основи схеми, а потім приєднайте до них стабілізатори напруги і ізоляційні ущільнювачі.

Ставлячи трансформатор, заізоліруйте провідникові пучки за допомогою ізоляційної стрічки або фторопластовою смуги. Розведіть провідники в різні боки, щоб вони не контача і не викликали збоїв в роботі. На польовому транзисторі знадобиться провести монтаж силового поля, щоб продовжити працездатність вашого інвертора. Для цього візьміть мідний дріт 2-міліметрового перетину. Залужжя його, обмотайте в кілька шарів звичайної ниткою. Так ви захистите ваш провідник від різних пошкоджень і при пайку, і при зварюванні. Щоб закріпити монтаж, використовуйте ізолюючі п'ятки. Так ви ще й перенесете на них навантаження з транзисторів.

Трансформатор є необхідним елементом будь-якого зварювального джерела. Він знижує напругу мережі до рівня напруги дуги, а також здійснює гальванічну розв'язку мережі і зварювального кола. Відомо, що розміри трансформатора визначаються його робочою частотою, а також якістю магнітного матеріалу сердечника.

Примітка.

При зниженні частоти габарити трансформатора зростають, а при підвищенні - зменшуються.

Трансформатори класичних джерел працюють на відносно низькій частоті мережі. Тому вага і габарити цих джерел в основному визначалися масою і обсягом зварювального трансформатора.

Останнім часом були розроблені різні високоякісні магнітні матеріали, що дозволяють дещо поліпшити масогабаритні параметри трансформаторів і зварювальних джерел. Однак істотного поліпшення цих параметрів можна досягти тільки за рахунок збільшення робочої частоти трансформаторів. Так як частота напруги є стандартом і не може бути змінена, то підвищити робочу частоту трансформатора можна, використовуючи спеціальний електронний перетворювач.

Блок-схема инверторного зварювального джерела

Спрощена блок-схема инверторного зварювального джерела (ІСІ) зображена на мал. 1. Розглянемо схему. Напруга мережі випрямляється і згладжується, а потім подається на електронний перетворювач. Він перетворює постійну напругу в змінну високої частоти. Змінна напруга високої частоти трансформується за допомогою малогабаритного високочастотного трансформатора, потім випрямляється і подається в зварювальну ланцюг.

типи трансформаторів

Робота електронного перетворювача тісно пов'язана з циклами перемагничивания трансформатора. Так як феромагнітний матеріал сердечника трансформатора має нелінійністю і насичується, то індукція в осерді трансформатора може рости лише до якогось максимального значення Вm.

Після досягнення цього значення сердечник необхідно розмагнітити до нуля або перемагнитилось в зворотному напрямку до значення - Вm. Енергія може передаватися через трансформатор:

• в циклі намагнічування;
• в циклі перемагнічування;
• в обох циклах.

Визначення.

Перетворювачі, що забезпечують передачу енергії в одному циклі перемагнічування трансформатора, називаються однотактним.

Відповідно, перетворювачі, що забезпечують передачу енергії в обох циклах перемагнічування трансформатора, називаються двотактними.

Однотактний прямоходового перетворювач

Переваги однотактний перетворювачів. Однотактний перетворювачі набули найбільшого поширення в дешевих і малопотужних інверторних зварювальних джерелах, розрахованих на роботу від однофазної мережі. В умовах різко змінного навантаження, якою є зварювальний дуга, однотактний перетворювачі вигідно відрізняються від різних двотактних перетворювачів:

• вони не вимагають симетрування;
• вони не схильні до такої хвороби, як наскрізні струми.

Отже, для управління цим перетворювачем, потрібно більш проста схема управління, в порівнянні з тією, яка буде потрібно для двотактного перетворювача.

Класифікація однотактний перетворювачів. За способом передачі енергії в навантаження, однотактний перетворювачі поділяються на дві групи: прямоходового і обратноходового ( мал. 2). У прямоходових перетворювачах енергія в навантаження передається в момент замкнутого стану, а в обратноходових перетворювачах - в момент розімкненого стану ключового транзистора VT. При цьому в обратноходового перетворювачі, енергія запасається в індуктивності трансформатора Т під час замкнутого стану ключа і ток ключа має форму трикутника з наростаючим фронтом і крутим зрізом.

Примітка.

При виборі типу перетворювача ІСІ між прямоходового і обратноходового, перевага віддається прямоходового однотактному перетворювачі.

Адже не дивлячись на його велику складність, прямоходовой перетворювач, на відміну від обратноходового, має велику питому потужність. Це пояснюється тим, що в обратноходового перетворювачі через ключовий транзистор протікає струм трикутної форми, а в прямоходового - прямокутної. Отже, при одному і тому ж максимальному струмі ключа, середнє значення струму у прямоходового перетворювача виходить в два рази вище.

основними достоїнствами обратноходового перетворювача є:

• відсутність дроселя у випрямлячі;
• можливість групової стабілізації декількох напруг.

Ці гідності забезпечують перевагу обратноходового перетворювачів в різних малопотужних застосуваннях, якими є джерела живлення різної побутової теле- і радіоапаратури; а також службові джерела живлення ланцюгів управління самих зварювальних джерел.

Трансформатор однотранзісторний прямоходового перетворювача (ОПП), Зображеного на мал. 2, б, Має спеціальну розмагнічувати обмотку III. Ця обмотка служить для розмагнічування сердечника трансформатора Т, який намагничивается під час замкнутого стану транзистора VT.

В цей час напруга на обмотці III прикладається до діода VD3 в замикаючої полярності. Завдяки цьому розмагнічує обмотка не робить ніякого впливу на процес намагнічування.

Після закриття транзистора VT:

• напруга на обмотці III змінює свою полярність;
• діод VD3 відмикається;
• енергія, накопичена в трансформаторі Т, повертається в первинне джерело живлення Uп.

Примітка.

Однак на практиці, через недостатню зв'язку між обмотками трансформатора, частина енергії намагнічування не повертається первинне джерело. Ця енергія зазвичай розсіюється в транзисторі VT і демпфуючих ланцюжках (на мал. 2 не показані), погіршуючи загальну ефективність і надійність перетворювача.

Косий міст. Зазначений недолік відсутній в двухтранзісторного прямоходового перетворювачі (ДПП), Який часто називають «Косою міст» (мал. 3, а). У цьому перетворювачі (завдяки введенню додаткового транзистора і діода) в якості розмагнічуючої обмотки використовується первинна обмотка трансформатора. Так як ця обмотка сама з собою повністю пов'язана, то проблеми не повного повернення енергії намагнічування повністю виключаються.

Розглянемо докладніше процеси, що відбуваються в момент перемагнічування сердечника трансформатора.

Спільною особливістю всіх однотактний перетворювачів є те, що їх трансформатори працюють в умовах з одностороннім намагнічівантем.

Магнітна індукція В (в трансформаторі з одностороннім намагнічуванням) може змінюється тільки в межах від максимальної Вm до залишкової Вr, описуючи приватну петлю гістерезису.

Коли транзистори VT1, VT2 перетворювача відкриті, енергія джерела живлення Uп через трансформатор Т передається в навантаження. При цьому сердечник трансформатора намагничивается в прямому напрямку (ділянка а-b на мал. 3, Б).

Коли транзистори VT1, VT2 замкнені, струм у навантаженні підтримується за рахунок енергії запасеної в дроселі L. При цьому струм замикається через діод VD0. У цей момент під дією ЕРС обмотки І, відкриваються діоди VD1, VD2, і через них протікає струм розмагнічування сердечника трансформатора в зворотному напрямку (ділянка b-а на мал. 3, б).

Зміна індукції ΔВ в осерді відбувається практично від Вm до Вr і значно менше значення ΔВ \u003d 2 · Вm, можливого для двотактного перетворювача. Деякий приріст ΔВ можна отримати за допомогою введення немагнітного зазору в сердечник. Якщо сердечник має немагнітний зазор δ, то залишкова індукція стає менше, ніж Вr. У разі наявності немагнітного зазору в сердечнику, нове значення залишкової індукції можна знайти в точці перетину прямої, проведеної з початку координат під кутом Ѳ, до кривої перемагнічування (точка В1 на мал. 3, б):

tgѲ \u003d μ 0 · l c/δ,

де μ 0 – магнітна проникність;

l c – довжина середньої силової магнітної лінії магнітного сердечника, м;

δ – довжина немагнітного зазору, м.

Визначення.

магнітна проникність - це відношення індукції В к напруженості Н для вакууму (також справедливо і для немагнітного повітряного зазору) і є фізичною постійною, чисельно рівної μ 0 \u003d 4π · 10 -7 Гн / м.

Величину tgѲ можна розглядати як провідність немагнітного зазору, Наведену до довжини сердечника. Таким чином, введення немагнітного зазору еквівалентно введенню негативною напруженості магнітного поля:

Н1 \u003d -В1 / tgѲ.

Двотактний мостовий перетворювач

Переваги двотактних перетворювачів. Двотактні перетворювачі містять більшу кількість елементів і вимагають більш складних алгоритмів керування. Однак ці перетворювачі забезпечують меншу пульсацію вхідного струму, а також дозволяють отримати велику вихідну потужність і ефективність, при однаковій потужності дискретних ключових компонентів.

Схема двотактного мостового перетворювача. на мал. 4, а зображена схема двотактного мостового перетворювача. Якщо порівнювати цей перетворювач з однотактним, то він найближче до двухтранзісторного прямоходового перетворювача ( мал. 3). Двотактний перетворювач легко в нього перетворюється, якщо прибрати пару транзисторів і пару діодів, розташованих по діагоналі (VT1, VT4, VD2, VD3 або VT2, VT3, VD1, VD4).

Таким чином, двотактний мостовий перетворювач є комбінацією двох однотактний перетворювачів, що працюють по черзі. При цьому енергія в навантаження передається протягом всього періоду роботи перетворювача, а індукція в осерді трансформатора може змінюватися від -Вm до + Вm.

Як і в ДПП, діоди VD1-VD4 служать для повернення енергії, накопиченої в індуктивності розсіювання Ls трансформатора Т, в первинне джерело живлення Uп. Як цих діодів можуть бути використані внутрішні діоди MOSFET.

Принцип дії. Розглянемо докладніше процеси, що відбуваються в момент перемагнічування сердечника трансформатора.

Примітка.

Спільною особливістю двотактних перетворювачів є те, що їх трансформатори працюють в умовах з симетричним перемагнічуванням.

Магнітна індукція В, в осерді трансформатора з симетричним перемагнічуванням, може змінюється в межах від негативно -Вm до позитивної + Вm максимальної індукції.

У кожному напівперіод роботи ДМП відкриті два ключа, розташовані по діагоналі. В паузі все транзистори перетворювача зазвичай закриті, хоча існують режими управління, коли деякі транзистори перетворювача залишаються відкритими і в паузі.

Зосередимося на режимі управління, згідно якого в паузі все транзистори ДМП закриті.

Коли транзистори VT1, VT4 перетворювача відкриті, енергія джерела живлення Uп через трансформатор Т передається в навантаження. При цьому сердечник трансформатора намагничивается в умовному зворотному напрямку (ділянка b-а на рис. 4, б).

В паузі, коли транзистори VT1, VT4 закриті, струм в навантаженні підтримується за рахунок енергії, запасеної в дроселі L. При цьому струм замикається через діод VD7. У цей момент одна з вторинних обмоток (IIа або IIb) трансформатора Т замкнута накоротко через відкритий діод VD7 і один з випрямних діодів (VD5 або VD6). В результаті цього індукція в осерді трансформатора практично не змінюється.

Після завершення паузи відкриваються транзистори VT2, VT3 перетворювача, і енергія джерела живлення Uп через трансформатор Т передається в навантаження.

При цьому сердечник трансформатора намагничивается в умовному прямому напрямку (ділянка а-b на мал. 4). В паузі, коли транзистори VT2, VT3 закриті, струм в навантаженні підтримується за рахунок енергії запасеної в дроселі L. При цьому струм замикається через діод VD7. У цей момент індукція в осерді трансформатора практично не змінюється і фіксується на досягнутому позитивному рівні.

Примітка.

Через фіксації індукції в паузах, сердечник трансформатора Т здатний перемагнічуватися тільки в моменти відкритого стану діагонально розташованих транзисторів.

Щоб в цих умовах уникнути одностороннього насичення необхідно забезпечити рівний час відкритого стану транзисторів, а також симетричність силової схеми перетворювача.