Импульсная сварка своими руками схема устройство

Импульсный сварочный аппарат

Какой домашний мастер, а тем более автолюбитель, не мечтает иметь в своем распоряжении малогабаритный сварочный аппарат постоянного тока да еще с функцией заряда аккумуляторных батарей.

Рассмотрим основные требования к аппаратам подобного рода.

Источник напряжения сварочного аппарата должен обладать хорошими динамическими хаpaктеристиками. Рабочее напряжение на дуге должно быстро устанавливаться и изменяться в зависимости от длины дуги, обеспечивая ее устойчивое горение.

Для постоянного тока достаточно напряжение зажигания 30 — 40 В, в то время как для переменного необходимо напряжение 40 — 60 В.

Время восстановления рабочего напряжения при коротком замыкании от 0 до 30 В не должно превышать 50 мс. Ток КЗ (короткого замыкания) не должен превышать рабочий более, чем на 25 — 100%.

При ручной дуговой сварке внешняя хаpaктеристика рис.1, источника тока должна быть падающей, т.е. напряжение должно уменьшаться с увеличением тока.

При крутой динамической хаpaктеристике источника питания динамические токи КЗ значительно меньше (они близки к статическим токам КЗ) и при удлинившейся дуге образуется стабильная рабочая точка.

Всем вышеперечисленным требованиям в полной мере соответствует источник напряжения, выполненный по схеме генератора тока. Свойства такой конструкции в полной мере подходят и для зарядного устройства. Исходя из вышеизложенного и разработан сварочный аппарат, схема которого представлена на рис.2.

С целью уменьшения нагрузки на диоды моста сетевого выпрямителя при включении сети применено устройство заряда конденсатора, разработанное Б. Журавлевым и С. Эраносяном.

Отличительная особенность устройства состоит в том, что формирователь импульса запуска тиристора обеспечивает его сpaбатывание при минимальном напряжении на переходе анод-катод, т.е. синхронно с переходом сетевого напряжения через нуль.

Схема работает следующим образом

До запуска преобразователя напряжение на конденсаторе С 13 отсутствует, тиристор закрыт и заряд конденсатора фильтра С6 происходит через ограничительный резистор R6.

Как только конденсатор С6 зарядится до напряжения запуска преобразователя, появиться напряжение на С 13 и первым же синхроимпульсом с VD6 через дифференциальную цепочку С9, R7 запустится одновибратор на транзисторах VT2, VT3.

При этом на управляющий электрод VS1 поступит открывающее его напряжение с конденсатора С13 через элементы R19, VT3. Бросок тока зарядки конденсатора фильтра не превышает 15 А.

Элементы L2, VD5, С8, R4 служат для ограничения броска тока через силовые транзисторы преобразователя в моменты зажигания дуги. Величину резистора R4 рассчитывают из соотношения:

R4 = Uн/0,8*Imax — Iн’ = 300/0,8 х 24 — 5 = 22 Ом, где

Imax — максимальный допустимый импульсный ток коллектора силового транзистора;
Iн’ — приведенный к входному напряжению Uн ток нагрузки преобразователя.

Ток, потрeбляемый преобразователем, рассчитывают по формуле:

Iн’ = Pн/Uпn = UнIн/Uпn = 20x60x/300×0,8 = 0,5A, где

Рн — выходная мощность аппарата,
n — КПД;
Uн = 20В (напр. на дуге).

Мощность, выделяющаяся на резисторе R4, определяется выражением:

Ic=Iн — ток разряда конденсатора С8;
j — коэффициент заполнения импульсов.

Преобразователь аппарата выполнен по полумостовой схеме с самовозбуждением и коммутирующим насыщающимся трaнcформатором. Пропорционально-токовое управление способствует повышению КПД устройства за счет повышения быстродействия коммутационных процессов.

Отличительная особенность заключается в том, что включение и выключение силовых высоковольтных транзисторов преобразователя осуществляется в режиме разомкнутых ключей K1, K2, (К3) регулятора, т.е. на холостом ходу во всем диапазоне нагрузок, что значительно повышает надежность устройства за счет исключения сквозных токов, повышает КПД и уменьшает импульсные помехи.

Регулировка тока нагрузки осуществляется длительностью импульсов с помощью схемы управления (СУ), выполненной на DD1, DD2. При этом силовые транзисторы регулятора используются в режиме насыщения с минимальными потерями мощности. На элементах DD1.1, R18, VD10, VD12 выполнен формирователь меандра, синхронного с частотой преобразования. Далее по фронту и по спаду сигнала с помощью диф. цепочек СЗ, R2, С4, R8 и DD2.2 формируются короткие, около 2 мкс, отрицательные импульсы.

За работу схемы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) отвечает одновибратор, выполненный на элементах DD1.2, DD1.3, длительность импульсов которого зависит от состояния транзистора VT1.

Управляющее напряжение на базу этого транзистора поступает от преобразователя ток-напряжение (ПТН), выполненного на операционном усилителе DA1 и шунте R38 (75ШСМЗ-50-0,5; падение напряжения 75 мВ при токе нагрузки 50А). Минимальный ток зависит от чувствительности ПТН и настраивается с помощью резистора R36.

Максимальный ток ограничивают подбором резистора R13. Устройство пригодно для зарядки любых аккумуляторов напряжением от 6 до 24 В, так как является генератором тока.

Напряжения в хаpaктерных точках показаны на рис.3. Работа ключей регулятора описана в [3] и особенностей не имеет.

Для удобства пользования в устройстве предусмотрено два поддиапазона регулировки тока. Катушка трaнcформатора Т1 выполнена бескаркасной. Обмотка I отделена от остальных тремя слоями лакоткани. Обмотку II мотают в два провода, как показано на рис.4.

Таким образом, получают четыре обомотки, после чего их прозванивают и принадлежащие к одной полуобмотке соединяют параллельно. Отвод получают соединением конца одной полуобмотки с началом другой.

Действующее (эффективное) значение тока вторичной обмотки со средней точкой

Принимаем плотность тока J-6A/мм2 Тогда сечение провода S=Iэ/j=43/6=7мм2. С целью уменьшения эффекта вытеснения тока, а также получения достаточной гибкости разбиваем проводник на 16 проводов.

откуда диаметр провода Д-0,74 мм (принимаем Д-0,8 мм). Моточные данные трaнcформаторов сведены в табл.1.

Точечно-искровой сварочный аппарат для ювелирных работ своими руками

Недавно ремонтировал точечно-искровой сварочный аппарат Ding Xing Jewelry Machine и после того, как вернул его хозяину, решил собрать себе такой же. Естественно, с заменой части оригинальных комплектующих на то, что есть «в тумбочке».

Принцип работы аппарата достаточно простой – на конденсаторе C5 (рис.1) накапливается такое количество энергии, что при открывании транзистора Q9 её хватает, чтобы в месте сварки точечно расплавить металл.

С трaнcформатора питания Tr1 напряжение 15 В после выпрямления, фильтрации и стабилизации поступает на те части схемы, что отвечают за управление хаpaктеристиками сварочного импульса (длительность, ток) и создания высоковольтного «поджигающего» импульса. Напряжение 110 В после выпрямления заряжает конденсатор С5, который (при нажатии на педаль) разряжается в точку сварки через силовой транзистор Q8 и через вторичную обмотку трaнcформатора Tr2. Этот трaнcформатор совместно с узлом на транзисторах Q5 и Q8 создают на выводах вторичной обмотки высоковольтный импульс, пробивающий воздушный промежуток между сварочным электродом (вольфрамовой иглой, красный вывод) и свариваемыми деталями, подключенными к чёрному выводу. Это, скорее всего, необходимо для химически чистой сварки ювелирных изделий (вольфрам достаточно тугоплавкий металл).

Рис.1

Часть схемы на элементах R1, C1, D1, D2, R2, Q1, R3, Q2, K1 и D5 обеспечивает кратковременное включение реле К1 на время около 10 мс, зависящее от скорости заряда конденсатора С1 через резистор R1. Реле через контакты К1.1 подаёт стабилизированное напряжение питания +12 В на два узла. Первый, на элементах C8, Q5, R15, R16, Q8, R18, R20 и Tr2 – это уже упомянутый генератор высоковольтного «поджигающего» импульса. Второй узел на R5, C2, R6, D6, D7, R9, C4, R10, Q3, R12, Q4, R13, R14, Q6, R24, Q7, R17, R21, D8, R22, Q9 и R23 – генератор одиночного сварочного импульса, регулируемого резисторами R6 по длительности (1…5 мс) и R17 по току. На транзисторе Q3 собран, собственно, сам генератор импульса (принцип работы как и на включение реле), а транзисторы Q6 и Q7 – это составной эмиттерный повторитель, нагрузкой которого является силовой ключ на транзисторе Q9. Низкоомный резистор R23 — датчик силы сварочного тока, напряжение с него проходит через регулируемый делитель R22, R17, R14 и открывает транзистор Q4, который уменьшает напряжение открывания выходного транзистора Q9 и этим ограничивает протекающий ток. Параметры регулировки тока точно определить не удалось, но расчётный верхний предел не более 150 А (определяется внутренним сопротивлением транзистора Q9, сопротивлениями вторичной обмотки Tr2, резистора R23, монтажных проводников и мест пайки).

Полевой транзистор Q8 собран из четырёх IRF630, включенных параллельно (в оригинальной схеме стоит один IRFP460). Силовой транзистор Q9 состоит из десяти FJP13009, также включенных «параллельно» (в оригинальной схеме стоят два IGBT транзистора). Схема «запараллеливания» показана на рис.2 и кроме транзисторов содержит в себе элементы R21, D8, R22 и R23 каждые для своего транзистора (рис.3).

Рис.2

Рис.3

Низкоомные резисторы R20 и R23 выполнены их нихромовой проволоки диаметром 0,35 мм. На рис.4 и рис.5 показано изготовление и крепёж резисторов R23.

Рис.4

Рис.5

Печатные платы в формате программы Sprint-Layout развёл (рис.6 и рис.7), но заниматься их изготовлением по технологии ЛУТ не стал, а просто вырезал на фольгированном текстолите дорожки и «пятачки» (видно на рис.8). Размеры печатных плат 100х110 мм и 153х50 мм. Контактные соединения между ними выполнены короткими и толстыми проводниками.

Рис.6

Рис.7

Tрaнcформатор питания Tr1 «сделан» из трёх разных трaнcформаторов, первичные обмотки которых включены параллельно, а вторичные последовательно для получения нужного выходного напряжения.

Сердечник импульсного трaнcформатора Tr2 набран из четырёх ферритовых сердечников строчных трaнcформаторов от старых «кинескопных» мониторов. Первичная обмотка намотана проводом ПЭЛ (ПЭВ) диаметром 1 мм и имеет 4 витка. Вторичная обмотка намотана проводом в ПВХ изоляции с диаметром жилы 0,4 мм. Количество витков в последнем варианте намотки – 36, т.е. коэффициент трaнcформации равен 9 (в оригинальной схеме применялся трaнcформатор с Ктр.=11). «Начало-конец» одной из обмоток надо скоммутировать так, чтобы выходной отрицательный импульс на красном выводе аппарата возникал после закрытия полевого транзистора Q8. Это можно проверить опытным путём – при правильном подключении искра «мощней».

Элементы R19, C10 являются демпфирующей антирезонансной цепочкой (снаббер), а такое включение диода D9 обеспечивает на красном выводе сварочного аппарата отрицательную полуволну высоковольтного «поджигающего» импульса и защищает транзистор Q9 от пробоя высоким напряжением.

Накопительный конденсатор С5 составлен из 30 электролитических конденсаторов разной ёмкости (от 100 до 470 мкФ, 200 В), включенных параллельно. Их общая ёмкость – около 8700 мкФ (в оригинальной схеме применены 4 конденсатора по 2200 мкФ). Чтобы ограничить зарядный ток конденсаторов, в схеме стоит резистор R8 NTC 10D-20. Для контроля тока используется стрелочный индикатор, подключенный к шунту R7.

Аппарат был собран в компьютерном корпусе размерами 370х380х130 мм. Все платы и другие элементы закреплены на куске толстой фанеры подходящего размера. Фото расположения элементов во время настройки на рис.8. В окончательном варианте с передней панели был убран шунт R7 и стрелочный индикатор тока (рис.9). Если же индикатор нужно ставить в аппарат, то сопротивление резистора R7 придётся подбирать по рабочему току используемого индикатора.

Читать еще:  Формы лезвий ножей чертежи

Рис.8

Рис.9

Сборку и настройку аппарата лучше производить последовательно и поэтапно. Сначала проверяется работа трaнcформатора питания Tr2 вместе с выпрямителями D3, D4, конденсаторами С3, С5, С9, стабилизатором VR1 и конденсаторами С6 и С7.

Затем собрать схему включения реле К1 и подбором ёмкости конденсатора С1 или сопротивления резистора R1 добиться устойчивого сpaбатывания реле на время около 10-15 мс при замыкании контактов на педали.

После этого можно собрать узел высоковольтного «поджигающего» импульса и, поднеся выводы вторичной обмотки друг к другу на расстояние долей миллиметра, проверит, проскакивает ли между ними искра во время сpaбатывания реле К1. Хорошо бы ещё убедиться, что её длительность лежит в пределах 0,3…0,5 мс.

Потом собрать остальную часть схемы управления (ту, что ниже R9 по рис.1), но к коллектору транзистора Q9 подключить не трaнcформатор Tr2, а резистор сопротивлением 5-10 Ом. Второй вывод резистора припаять к плюсовому выводу конденсатора С9. Включить схему и убедиться, что при нажатии педали на этом резисторе появляются импульсы длительностью от 1 до 5 мс. Чтобы проверить работу регулировки по току, нужно будет или собирать высоковольтную часть аппарата или, увеличив сопротивление R23 до нескольких Ом, посмотреть, меняется ли длительность и форма импульса тока, протекающего через Q9. Если меняется – это значит, что защита работает.

Возможно, что понадобится подбор номиналов резистора R9 и конденсатора C4. Дело в том, что для того, чтобы полностью «открыть» транзисторы Q9.1-Q9.10, нужен достаточно большой ток, который пропускает через себя Q7. Соответственно, уровень напряжения питания на конденсаторе С4 начинает «просаживаться», но этого времени должно хватать, чтобы провести сварку. Излишне большое увеличение ёмкости конденсатора C4 может привести к замедленному появлению питания в узле, а соответственно, к задержке по времени сварочного импульса относительно «поджигающего». Лучшим выходом из этой ситуации является уменьшение управляющего тока, т.е. замена десяти транзисторов 13007 на два-три мощных IGBT. Например, IRGPS60B120 (1200 В, 120 А) или IRG4PSC71 (600 В, 85 А). Ну, тогда есть смысл и в установке «родного» транзистора IRFP460 в узле, формирующем высоковольтный «поджигающий» импульс.

Не скажу, что аппарат оказался очень нужным в хозяйстве :-), но за прошедшие три недели было приварено всего несколько проводников и резисторов к лепесткам электролитических конденсаторов при изготовление блока питания и сделано несколько «показательных выступлений» для любознательных зрителей. Во всех случаях в качестве электрода использовалась медная оголённая миллиметровая проволока.

Недавно провёл «доработку» — вместо педали поставил кнопку на передней панели и добавил индикацию включения аппарата (обыкновенная лампочка накаливания, подключенная к обмотке с подходящим напряжением одного из трaнcформатора).

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, февраль-март 2015

Импульсная сварка: режимы, схема, устройство

В основе импульсной сварке лежит традиционный электродуговой метод, но ток на полюса подается в импульсном режиме. Что это такое с прикладной точки зрения – шов, образованный ровными каплями расплава. Режим импульсной сварки позволяет контролировать процесс образования ванны, значительно расширяет возможности традиционного дугового способа, применяется для разнородных металлов, образует диффузный стык.

Особенности импульсной сварки

Когда основной рабочий ток используется в фоновом режиме, а на его фоне импульсами увеличивается силовая нагрузка, капли расплава, образующиеся на электроде, падают упорядоченно. Главный закон технологии сварки: один импульс – одна – капля, из-за электродинамических сил сужается шейка капли, она отрывается от электрода. Регулируя величину пауз между каплями, можно контролировать:

• процесс образования ванны;
• размер наплавляемого валика;
• форму соединения.

Использование импульсов позволяет снизить рабочий ток до нижних пределов. Значительно экономится присадочный материал. Снижается риск непроваров. Направленный перенос расплава позволяет варить низкощелевые соединения любой толщины.

Разновидности импульсной сварки

Выбор параметров соединения в зависимости от вида сплавляемых металлов. Выделяют четыре возможных варианта аппаратов:

1. Конденсаторные, они применяются для нержавеющих сплавов и алюминия. Различаются по мощностным хаpaктеристиками, есть модели свыше 100 кА. Хаpaктеризуются сильным, максимально дозированным энергетическим выплеском.
2. Для магнитно-импульсной сварки хаpaктерно соединение деталей под большим давлением, возникающим из-за наведенного магнитного поля. Шов образуется под воздействием температуры и сжатия. Такой вариант аппаратов позволяет варить однородные и разнородные металлы с хорошей продуктивностью. В основе магнитно-импульсного вида сварки заложен принцип электромеханики вихревых токов. При пересечении их с магнитным полем возникает взаимное притяжение деталей, они с большой силой вдавливаются в зоне расплава, образуя гомогенную структуру. Кромки деталей располагают под углом относительно друг друга. В результате пластической деформации образуются химические связи.
3. В инерционных моделях конструктивной особенностью является мощный маховик, приводимый в движение электродвигателем. Кинетическая энергия маховика передается импульсным токам, возникает инерционный резонанс.
4. Аккумуляторные хаpaктеризуются прочной конструкцией, низким влиянием просадки сети на работу устройства. Короткие замыкания, возникающие при розжиге электрода или присадочной проволоки в полуавтоматах, мгновенно стабилизируются. В качестве электролитного наполнителя для аккумулятора применяют щелочь.

Микроимпульсная сварка

Для работы с дентальными титановыми сплавами в зубном протезировании разработаны аппараты дуговой микросварки, позволяющими соединять тонколистовые элементы не хуже лазеров. Микроимпульсная сварка образует качественное стыковое соединение, не требующее дополнительной обработки поверхности.

Компактное устройство очень удобное, недорогое. Приобретается небольшими зубопротезными лабораториями и крупными ортопедическими центрами. Закрытый корпус, удобный игольчатый наконечник со светодиодной подсветкой – таким аппаратом работают зуботехники, не имеющие опыта сварщика.

Достоинства и недостатки

Способ применяется при монтаже ответственных соединений, удобен при монтаже трубопроводов – работать электродом или присадочной проволокой можно в любом положении. Регулировка шага импульсных точек делает этот способ универсальным. У импульсной сварки есть преимущества и ряд возможностей. Плюсы:

• За счет кратковременного импульса капля ровно ложится в зону соединения металлов. Импульсные аппараты позволяют значительно увеличить скорость провара. Появляется возможность соединять детали, для которой обычная электродуговая сварка неприменима, например, соединения тонких листов алюминия.
• Отличное качество шва – валик образуется равномерный, с ровными кромками, он не нуждается в зачистке, дополнительной обработке, проковке.
• Снижается риск прожогов, непроваров, бpaк бывает в исключительных случаях при нестабильном напряжении.
• Устраняется разбрызгивание металла в ванне расплава.
• Снижается расход электродов или проволоки при работе полуавтоматом до двух раз.
• Расширяются возможности соединения: импульсной сваркой соединяют разнородные металлы.
• Точный контроль момента расплава присадки, стабильность рабочих режимов.
• Во время запуска устраняется риск короткого замыкания.

• Слишком греется преобразователь – необходимо предусматривать надежную систему охлаждения.
• Нельзя использовать на больших площадях.
• Не разработаны модели для бытового применения, промышленные слишком дорогие.
• У ТIG-режима низкий КПД, необходимо регулировать режим подачи присадки.

Импульсный сварочный аппарат своими руками

Основа самодельного аппарата для импульсной сварки – генерация рабочего тока высокой частоты до 150 А. Преобразователь состоит из нескольких блоков с различным функционалом:

• низкочастотный выпрямитель стандартного напряжения в постоянный ток, оснащенный выходным фильтром на основе конденсаторов;
• инверторный блок с транзисторными переключателями, генерирующий переменный ток с частотой до 75 кГц;
• трaнcформатор с понижающими обмотками с вторичным выпрямителем, выдающим параметры рабочего тока.

Блок управления стабилизирует процесс преобразования. Схема аппарата включает:

• низкочастотный выпрямитель по типу инвертора создается на базе четырех транзисторов, выполняющих функции коммутаторов;
• высокочастотный преобразователь трaнcформаторного типа;
• блок управления;
• силовой фильтр, отвечает за стабильное напряжение, устраняет паразитарные пульсации;
• рабочий шунт;
• система подачи проволоки.

Схема устройства на транзисторах представлена вместе со спецификацией. Для сборки понадобится не более двух часов. Аналогичным образом собирается блок управления.

Tрaнcформаторное устройство для импульсной сварки своими руками собирают на основе Ш-образного сердечника (Ш7х7 или Ш8х8). Для обмотки ферритовых стержней используют стандартный провод ПЭВ, его мотают на ширину всего каркаса. Элементы крепятся на плате из текстолита. Первичная обмотка состоит из 100 оборотов 0,3 мм проволоки. Вторичные:

• № 2 – толщина медной жилы 1 мм, делать нужно 15 витков;
• № 3 – ПЭВ 0,2, кол-во – 15;
• № 4 – ПЭВ 0,35, кол-во – 20;
• № 5 – ПЭВ 0,35, кол-во – 20.

Выходная частота такого самодельного трaнcформатора от 40 до 45 к Гц. Для увеличения частотности добавляют витков, можно добиться 55 кГц. Необходимо предусмотреть изоляцию обмоток промасленной бумагой, чтобы снизить риск возгорания. Допускается создание обмотки из многожильного медного кабеля от 0,4 до 0,6 мм. Необходимо учитывать, что при работе устройство сильно нагревается, поэтому в корпус монтируют вентилятор. Иногда используют радиаторы из компьютеров.

Самодельное устройство рассчитано на подключение к сети 220 В, оно достаточно надежное, поддерживает стабильную дугу даже при небольшой просадке напряжения. Популярность импульсной сварки объясняется высоким качеством швов и универсальностью: аппаратом варят любые металлы любой толщины.

Как собрать сварочный аппарат своими руками?

В виду того, что в быту обывателям часто требуется работать с металлом, многие используют сварочные агрегаты. Но далеко не всем по карману приобретение дорогостоящего оборудования, из-за чего и возникает вопрос, как собрать сварочный аппарат своими руками. Процесс изготовления будет отличаться в зависимости от типа и конструктивных особенностей сварочного устройства.

Типы сварочных аппаратов

Современный рынок наполнен достаточно большим разнообразием сварочных аппаратов, но далеко не все целесообразно собирать своими руками.

В зависимости от рабочих параметров устройств различают такие виды устройств:

• на переменном токе – выдающие переменное напряжение от силового трaнcформатора напрямую к сварочным электродам;
• на постоянном токе – выдающие постоянное напряжение на выходе сварочного трaнcформатора;
• трехфазные – подключаемые к трехфазной сети;
• инверторные аппараты – выдающие импульсный ток в рабочую область.

Первый вариант сварочного агрегата наиболее простой, для второго понадобиться доработать классическое трaнcформаторное устройство выпрямительным блоком и сглаживающим фильтром. Трехфазные сварочные аппараты используются в промышленности, поэтому рассматривать изготовление таких устройств для бытовых нужд мы не будем. Инверторный или импульсный трaнcформатор довольно сложное устройство, поэтому чтобы собрать самодельный инвертор вы должны уметь читать схемы и иметь базовые навыки сборки электронных плат. Так как базой для создания сварочного оборудования является понижающий трaнcформатор, рассмотрим порядок изготовления от наиболее простого, к более сложному.

На переменном токе

По такому принципу работают классические сварочные аппараты: напряжение с первичной обмотки 220 В понижается до 50 – 60 В на вторичной и подается на сварочный электрод с заготовкой.

Перед тем, как приступить к изготовлению, подберите все необходимые элементы:

• Магнитопровод – более выгодными считаются наборные сердечники с толщиной листа 0,35 – 0,5мм, так как они обеспечивают наименьшие потери в железе сварочного аппарата. Лучше использовать готовый сердечник из трaнcформаторной стали, так как плотность прилегания пластин играет основополагающую роль в работе магнитопровода.
• Провод для намотки катушек – сечение проводов выбирается в зависимости от величины, протекающих в них токов.
• Изоляционные материалы – основное требование, как к листовым диэлектрикам, так и к родному покрытию проводов – устойчивость к высоким температурам. Иначе изоляция сварочного полуавтомата или трaнcформатора расплавится и возникнет короткое замыкание, что приведет к поломке аппарата.

Читать еще:  Обозначение экранированного кабеля на схемах подключения

Наиболее выгодным вариантом является сборка агрегата из заводского трaнcформатора, в котором вам подходит и магнитопровод, и первичная обмотка. Но, если подходящего устройства под рукой нет, придется изготовить его самостоятельно. С принципом изготовления, определения сечения и других параметров самодельного трaнcформатора вы можете ознакомиться в соответствующей статье: https://www.asutpp.ru/transformator-svoimi-rukami.html.

В данном примере мы рассмотрим вариант изготовления сварочного аппарата из блока питания микроволновки. Следует отметить, что трaнcформаторная сварка должна обладать достаточной мощностью, для наших целей подойдет сварочный аппарат хотя бы на 4 – 5кВт. А так как один трaнcформатор для микроволновки имеет только 1 – 1,2 кВт, для создания аппарата мы будем использовать два трaнcформатора.

Для этого вам понадобится выполнить такую последовательность действий:

• Возьмите два трaнcформатора и проверьте целостность обмоток, питаемых от электрической сети 220В.
• Распилите магнитопровод и снимите высоковольтную обмотку, Рис. 1: распилите сердечник

Рис. 2: уберите высоковольтную обмотку

оставив только низковольтную, в таком случае намотку первичной катушки уже делать не нужно, так как вы используете заводскую.

• Удалите из цепи катушки на каждом трaнcформаторе токовые шунты, это позволит увеличить мощность каждой обмотки. Рис. 3: удалите токовые шунты
• Для вторичной катушки возьмите медную шину сечением 10мм 2 и намотайте ее на заранее изготовленный каркас из любых подручных материалов. Главное, чтобы форма каркаса повторяла габариты сердечника. Рис. 4: намотайте вторичную обмотку на каркас
• Сделайте диэлектрическую прокладку под первичную обмотку, подойдет любой негорючий материал. По длине ее должно хватать на обе половинки после соединения магнитопровода. Рис. 5: сделайте диэлектрическую прокладку
• Поместите силовую катушку в магнитопровод. Для фиксации обеих половинок сердечника можно использовать клей или стянуть их между собой любым диэлектрическим материалом. Рис. 6: поместите катушку в магнитопровод
• Подключите выводы первички к шнуру питания, а вторички к сварочным кабелям. Рис. 7: подключите шнур питания и кабели

Установите на кабель держатель и электрод диаметром 4 – 5мм. Диаметр электродов подбирается в зависимости от силы электрического тока во вторичной обмотке сварочного аппарата, в нашем примере она составляет 140 – 200А. При других параметрах работы, хаpaктеристики электродов меняются соответственно.

Во вторичной обмотке получилось 54 витка, для возможности регулировки величины напряжения на выходе аппарата сделайте два отвода от 40 и 47 витка. Это позволит осуществлять регулировку тока во вторичке посредством уменьшения или увеличения количества витков. Ту же функцию может выполнять резистор, но исключительно в меньшую сторону от номинала.

На постоянном токе

Такой аппарат отличается от предыдущего более стабильными хаpaктеристиками электрической дуги, так как она получается не напрямую с вторичной обмотки трaнcформатора, а от полупроводникового преобразователя со сглаживающим элементом.

Рис. 8: принципиальная схема выпрямления для сварочного трaнcформатора

Как видите, делать намотку трaнcформатора для этого не требуется, достаточно доработать схему существующего устройства. Благодаря чему он сможет выдавать более ровный шов, варить нержавейку и чугун. Для изготовления вам понадобится четыре мощных диода или тиристора, примерно на 200 А каждый, два конденсатора емкостью в 15000 мкФ и дроссель. Схема подключения сглаживающего устройства приведена на рисунке ниже:

Рис. 9: схема подключения сглаживающего устройства

Процесс доработки электрической схемы состоит из таких этапов:

• Установите полупроводниковые элементы на радиаторы охлаждения. Рис. 10: установите диоды на радиаторы

В связи с перегревом трaнcформатора во время работы, диоды могут быстро выйти со строя, поэтому им нужен принудительный отвод тепла.

• Соедините диоды в мост, как показано на рисунке выше, и подключите их к выводам трaнcформатора. Рис. 11: соедините диоды в мост

Для подключения лучше использовать луженные зажимы, так как они не потеряют изначальную проводимость от больших токов и постоянной вибрации.

Рис. 12: используйте луженные зажимы

Толщина провода выбирается в соответствии с рабочим током вторичной обмотки.

• Подключите силовые конденсаторы и дроссель во вторичную цепь диодного моста. Рис. 13: подключите силовые конденсаторы
• Подсоедините к выводам сглаживающего устройства сварочные шлейфа, установите держатели для электродов – сварочный аппарат постоянного тока готов.

При сварке металлов таким аппаратом всегда следует контролировать нагрев не только трaнcформатора, но и выпрямителя. А при достижении критической температуры делать паузу для остывания элементов, иначе сварочный агрегат, сделанный своими руками, быстро выйдет со строя.

Инверторный аппарат

Представляет собой довольно сложное устройство для начинающих радиолюбителей. Не менее сложным процессом является подборка необходимых элементов. Преимуществом такого сварочного аппарата являются значительно меньшие габариты и меньшая мощность, в сравнении с классическими устройствами, возможность реализовать точечную сварку и т.д.

Рис. 14: принципиальная схема импульсного блока

В работе такая схема преобразует переменное напряжение из сети в постоянное, затем, при помощи импульсного блока, выдает ток большой амплитуды в область сварки. Этим и достигается относительная экономия мощности аппарата по отношению к его производительности.

Конструктивно инверторная схема сварочного аппарата включает в себя такие элементы:

• диодный выпрямитель с магазином емкостей, балластным резистором и системой плавного пуска;
• система управления на основе драйвера и двух транзисторов;
• силовая часть из управляющего транзистора и выходного трaнcформатора;
• выходная часть из диодов и дросселя;
• система охлаждения из кулера;
• система обратной связи по току для контроля параметра на выходе сварочного аппарата.

Для изготовления сварочного инвертора вам понадобится самостоятельно намотать силовой трaнcформатор, трaнcформатор тока на базе ферритового кольца. Для моста лучше использовать готовую сборку из быстродействующих полупроводниковых элементов.

К сожалению, большинство других элементов вряд ли найдутся под рукой в гараже или у вас дома, поэтому их придется заказывать или приобретать в специализированных магазинах. Из-за чего сборка инверторного блока своими руками обойдется не дешевле заводского варианта, а с учетом затраченного времени, еще и дороже. Поэтому для инверторной сварки лучше приобрести готовый аппарат с заданными рабочими параметрами.

Импульсная сварка своими руками

Импульсная сварка — что это такое? По сути своей, это обычная электродуговая сварка, в процессе которой подаются дополнительные кратковременные импульсы. Просим не путать данный тип сварки с точечным. Импульсная точечная сварка и импульсно-дуговая сварка — два кардинально разных метода соединения металлов.

Но что, если вы хотите испробовать в своей пpaктике данный метод соединения металлов, но не хотите тратить много денег на покупку качественного сварочного аппарата? Решение есть! Можно сделать самодельную импульсную сварку. Импульсная сварка своими силами собирается за полтора-два часа, а все комплектующие стоят недорого. В этой статье мы подробно расскажем, как своими руками сделать импульсную сварку и каков наш опыт использования самодельного сварочного аппарата.

Сборка импульсной сварки

Преобразователь

Начнем со сборки преобразователя. Который также называют силовой частью сварочного аппарата. Ниже вы можете видеть подробную схему сборки.

Также мы привели несколько таблиц со спецификациями используемых комплектующих.

Схема управления

Ниже приведена понятная и рабочая схема управления, а также видна небольшая часть схемы запуска аппарата.

Как и при сборке преобразователя мы привели несколько таблиц со спецификациями используемых комплектующих.

Плата

Ниже вы можете видеть схематичное изображение печатной платы.

А вот схема расположения всех элементов на плате.

Обращаем ваше внимание, «мягкий запуск» размещается на плате управления.

Прибор в сборе

Ниже вы можете видеть прибор в сборе. Это его простейший вид. Не хватает корпуса с вентиляторами, платы управления (ее нужно прикрепить к самому корпусу), разъема для сварочного тока, а также сетевого фильтра и пpeдoxpaнительного автомата (тоже крепится к корпусу).

Опыт применения

Наш опыт показал, что устройство, собранное по данным схемам, работает пpaктически безотказно. Мы остались довольны функционалом и качеством получаемых швов. Конечно, с помощью такого агрегата вы не сможете выполнить профессиональные сварочные работы, но оно и не нужно. Такой самодельный сварочник подойдет для импульсной сварки забора или теплицы. Словом, он не подведет ни одного домашнего умельца, при этом его сборка обойдется очень дешево.

Собранный по данным схемам сварочник предназначен для работы в сети 220В. Но на нашей памяти случались ситуации, когда напряжение было нестабильным, особенно на даче. Тем не менее, дуга горела стабильно, зажигалась довольно просто. Да, это не профессиональная микроимпульсная сварка, но все же. Кстати, рекомендуем использовать в работе с таким самодельным аппаратом только плавящиеся электроды. Сварка плавящимся электродом куда эффективнее и неплохо стабилизирует горение дуги.

Естественно, для сборки нам понадобилось потратить свое личное время и силы. Но конечная стоимость самодельного аппарата для импульсной сварки оказалась в несколько раз ниже, тем у бюджетных моделей из магазина. При этом самодельное устройство отлично справляется со своими функциями.

Преимущества самодельного аппарата

Помимо цены у самодельного аппарата для импульсной сварки есть множество других преимуществ перед моделями, продающимися в магазине. Первое преимущество — малое потрeбление тока. Если вы включите обычный аппарат из магазина в бытовую розетку у себя на даче и сварите калитку, например, то вскоре получите счета за электроэнергию и неприятно удивитесь. К тому же, подключать такой аппарат к бытовой розетке просто опасно, автоматы могут не выдержать такой мощности.

Не забывайте и о габаритах покупных аппаратов. Их просто невозможно спокойно перенести в руках с места на место. На заводах сварщики просто используют очень длинные провода, чтобы не перемещать такой аппарат по цеху. При этом цена на такие провода очень высока, и мы не думаем, что вы захотите тратить лишние 100$ на кабели. А вот самодельный аппарат весит немного и его можно легко перемещать.

Также у покупных аппаратов есть свои производственные возможности, и они редко превышают 80%. А зачастую находятся на отметке в 50%. Это значит, что такой аппарат просто не может раскрыть весь свой потенциал. Происходит это из-за того, что большой и технически сложный сварочник сильно нагревается и ему требуется много времени на остывание. По этой причине вы также не сможете варить дольше 2-3 минут подряд.

У самодельного сварочника, собранного по нашим схемам, нет таких недостатков. В нем нет реактивных токов, так что пpaктически вся электроэнергия используется. Вы без проблем можете подключить такой сварочник к домашней розетке и не беспокоиться о счетах за электричество и возможном времени работы. Ведь мощность нашего самодельного прибора лишь немного больше, чем мощность обычного утюга.

Читать еще:  Инструкция по эксплуатации рохли гидравлической

С помощью самодельного аппарат для импульсной сварки можно варить более 20 минут, что точно больше, чем положенные 2-3 минуты у аппарата их магазина. А вес такого самодельного прибора не превышает 10 килограмм. Это то, что нужно для домашнего мастера.

Какие еще есть достоинства? Ну вы можете на этапе сборки еще больше удешевить конструкцию. Например, в качестве сварочных кабелей использовать провода с меньшим сечением, достаточно 12 квадратных миллиметров. А для питания аппарата можно использовать провода от бытовых удлинителей.

Особенности

Сварка своими руками с применением самодельного сварочника имеет ряд особенностей. О них мы и поговорим ниже.

В ходе работ дуга может гореть нестабильно. Чтобы это исправить нужно использовать трaнcформатор с большой степенью индуктивности. Но учтите, что в таком случае значение тока может уменьшится. Это, конечно, минус. Ведь зачастую такие сварочные аппараты работают с переменным током и по умолчанию имеют маленький диапазон регулировки тока, а вместе с тем и низкий коэффициент полезного действия.

А вот у аппаратов, работающих на постоянном токе, сам ток стабилизируется благодаря отдельному дросселю. В некоторых моделях может быть сразу два дросселя. Поэтому время восстановления дуги существенно сокращается, а значение сварочного тока увеличивается.

Вывод очевиден: нужно, чтобы сварочник работал на постоянном токе. Но учтите, что необходимо следить за индуктивностью дросселя. Если она будет слишком большой, то вы не сможете нормально зажечь дугу и электрод просто начнет прилипать к металлу. Можно ли добиться быстрого поджига дуги и стабильного сварочного тока? Конечно. Но для этого нужно сделать так, чтобы индуктивность дросселя была низкой, при этом частота тока была высокой.

Вместо заключения

Самодельный аппарат для импульсной дуговой сварки — это отличная вещь для всех дачных умельцев. При минимальных финансовых затратах вы получите удобный рабочий инструмент, который позволит вам выполнять большое количество самых разнообразных сварочных работ. Вам не придется просить соседа или искать какого-то сварщика на стороне, чтобы сварить теплицу или ворота. При этом самодельный прибор вполне надежен, поскольку в нем используются простые комплектующие. Можете добавить к ним прочный металлический корпус, и тогда вам аппарат будет служить долгие годы.

Точечно-искровой сварочный аппарат для ювелирных работ своими руками

Недавно ремонтировал точечно-искровой сварочный аппарат Ding Xing Jewelry Machine и после того, как вернул его хозяину, решил собрать себе такой же. Естественно, с заменой части оригинальных комплектующих на то, что есть «в тумбочке».

Принцип работы аппарата достаточно простой – на конденсаторе C5 (рис.1) накапливается такое количество энергии, что при открывании транзистора Q9 её хватает, чтобы в месте сварки точечно расплавить металл.

С трaнcформатора питания Tr1 напряжение 15 В после выпрямления, фильтрации и стабилизации поступает на те части схемы, что отвечают за управление хаpaктеристиками сварочного импульса (длительность, ток) и создания высоковольтного «поджигающего» импульса. Напряжение 110 В после выпрямления заряжает конденсатор С5, который (при нажатии на педаль) разряжается в точку сварки через силовой транзистор Q8 и через вторичную обмотку трaнcформатора Tr2. Этот трaнcформатор совместно с узлом на транзисторах Q5 и Q8 создают на выводах вторичной обмотки высоковольтный импульс, пробивающий воздушный промежуток между сварочным электродом (вольфрамовой иглой, красный вывод) и свариваемыми деталями, подключенными к чёрному выводу. Это, скорее всего, необходимо для химически чистой сварки ювелирных изделий (вольфрам достаточно тугоплавкий металл).

Рис.1

Часть схемы на элементах R1, C1, D1, D2, R2, Q1, R3, Q2, K1 и D5 обеспечивает кратковременное включение реле К1 на время около 10 мс, зависящее от скорости заряда конденсатора С1 через резистор R1. Реле через контакты К1.1 подаёт стабилизированное напряжение питания +12 В на два узла. Первый, на элементах C8, Q5, R15, R16, Q8, R18, R20 и Tr2 – это уже упомянутый генератор высоковольтного «поджигающего» импульса. Второй узел на R5, C2, R6, D6, D7, R9, C4, R10, Q3, R12, Q4, R13, R14, Q6, R24, Q7, R17, R21, D8, R22, Q9 и R23 – генератор одиночного сварочного импульса, регулируемого резисторами R6 по длительности (1…5 мс) и R17 по току. На транзисторе Q3 собран, собственно, сам генератор импульса (принцип работы как и на включение реле), а транзисторы Q6 и Q7 – это составной эмиттерный повторитель, нагрузкой которого является силовой ключ на транзисторе Q9. Низкоомный резистор R23 — датчик силы сварочного тока, напряжение с него проходит через регулируемый делитель R22, R17, R14 и открывает транзистор Q4, который уменьшает напряжение открывания выходного транзистора Q9 и этим ограничивает протекающий ток. Параметры регулировки тока точно определить не удалось, но расчётный верхний предел не более 150 А (определяется внутренним сопротивлением транзистора Q9, сопротивлениями вторичной обмотки Tr2, резистора R23, монтажных проводников и мест пайки).

Полевой транзистор Q8 собран из четырёх IRF630, включенных параллельно (в оригинальной схеме стоит один IRFP460). Силовой транзистор Q9 состоит из десяти FJP13009, также включенных «параллельно» (в оригинальной схеме стоят два IGBT транзистора). Схема «запараллеливания» показана на рис.2 и кроме транзисторов содержит в себе элементы R21, D8, R22 и R23 каждые для своего транзистора (рис.3).

Рис.2

Рис.3

Низкоомные резисторы R20 и R23 выполнены их нихромовой проволоки диаметром 0,35 мм. На рис.4 и рис.5 показано изготовление и крепёж резисторов R23.

Рис.4

Рис.5

Печатные платы в формате программы Sprint-Layout развёл (рис.6 и рис.7), но заниматься их изготовлением по технологии ЛУТ не стал, а просто вырезал на фольгированном текстолите дорожки и «пятачки» (видно на рис.8). Размеры печатных плат 100х110 мм и 153х50 мм. Контактные соединения между ними выполнены короткими и толстыми проводниками.

Рис.6

Рис.7

Tрaнcформатор питания Tr1 «сделан» из трёх разных трaнcформаторов, первичные обмотки которых включены параллельно, а вторичные последовательно для получения нужного выходного напряжения.

Сердечник импульсного трaнcформатора Tr2 набран из четырёх ферритовых сердечников строчных трaнcформаторов от старых «кинескопных» мониторов. Первичная обмотка намотана проводом ПЭЛ (ПЭВ) диаметром 1 мм и имеет 4 витка. Вторичная обмотка намотана проводом в ПВХ изоляции с диаметром жилы 0,4 мм. Количество витков в последнем варианте намотки – 36, т.е. коэффициент трaнcформации равен 9 (в оригинальной схеме применялся трaнcформатор с Ктр.=11). «Начало-конец» одной из обмоток надо скоммутировать так, чтобы выходной отрицательный импульс на красном выводе аппарата возникал после закрытия полевого транзистора Q8. Это можно проверить опытным путём – при правильном подключении искра «мощней».

Элементы R19, C10 являются демпфирующей антирезонансной цепочкой (снаббер), а такое включение диода D9 обеспечивает на красном выводе сварочного аппарата отрицательную полуволну высоковольтного «поджигающего» импульса и защищает транзистор Q9 от пробоя высоким напряжением.

Накопительный конденсатор С5 составлен из 30 электролитических конденсаторов разной ёмкости (от 100 до 470 мкФ, 200 В), включенных параллельно. Их общая ёмкость – около 8700 мкФ (в оригинальной схеме применены 4 конденсатора по 2200 мкФ). Чтобы ограничить зарядный ток конденсаторов, в схеме стоит резистор R8 NTC 10D-20. Для контроля тока используется стрелочный индикатор, подключенный к шунту R7.

Аппарат был собран в компьютерном корпусе размерами 370х380х130 мм. Все платы и другие элементы закреплены на куске толстой фанеры подходящего размера. Фото расположения элементов во время настройки на рис.8. В окончательном варианте с передней панели был убран шунт R7 и стрелочный индикатор тока (рис.9). Если же индикатор нужно ставить в аппарат, то сопротивление резистора R7 придётся подбирать по рабочему току используемого индикатора.

Рис.8

Рис.9

Сборку и настройку аппарата лучше производить последовательно и поэтапно. Сначала проверяется работа трaнcформатора питания Tr2 вместе с выпрямителями D3, D4, конденсаторами С3, С5, С9, стабилизатором VR1 и конденсаторами С6 и С7.

Затем собрать схему включения реле К1 и подбором ёмкости конденсатора С1 или сопротивления резистора R1 добиться устойчивого сpaбатывания реле на время около 10-15 мс при замыкании контактов на педали.

После этого можно собрать узел высоковольтного «поджигающего» импульса и, поднеся выводы вторичной обмотки друг к другу на расстояние долей миллиметра, проверит, проскакивает ли между ними искра во время сpaбатывания реле К1. Хорошо бы ещё убедиться, что её длительность лежит в пределах 0,3…0,5 мс.

Потом собрать остальную часть схемы управления (ту, что ниже R9 по рис.1), но к коллектору транзистора Q9 подключить не трaнcформатор Tr2, а резистор сопротивлением 5-10 Ом. Второй вывод резистора припаять к плюсовому выводу конденсатора С9. Включить схему и убедиться, что при нажатии педали на этом резисторе появляются импульсы длительностью от 1 до 5 мс. Чтобы проверить работу регулировки по току, нужно будет или собирать высоковольтную часть аппарата или, увеличив сопротивление R23 до нескольких Ом, посмотреть, меняется ли длительность и форма импульса тока, протекающего через Q9. Если меняется – это значит, что защита работает.

Возможно, что понадобится подбор номиналов резистора R9 и конденсатора C4. Дело в том, что для того, чтобы полностью «открыть» транзисторы Q9.1-Q9.10, нужен достаточно большой ток, который пропускает через себя Q7. Соответственно, уровень напряжения питания на конденсаторе С4 начинает «просаживаться», но этого времени должно хватать, чтобы провести сварку. Излишне большое увеличение ёмкости конденсатора C4 может привести к замедленному появлению питания в узле, а соответственно, к задержке по времени сварочного импульса относительно «поджигающего». Лучшим выходом из этой ситуации является уменьшение управляющего тока, т.е. замена десяти транзисторов 13007 на два-три мощных IGBT. Например, IRGPS60B120 (1200 В, 120 А) или IRG4PSC71 (600 В, 85 А). Ну, тогда есть смысл и в установке «родного» транзистора IRFP460 в узле, формирующем высоковольтный «поджигающий» импульс.

Не скажу, что аппарат оказался очень нужным в хозяйстве :-), но за прошедшие три недели было приварено всего несколько проводников и резисторов к лепесткам электролитических конденсаторов при изготовление блока питания и сделано несколько «показательных выступлений» для любознательных зрителей. Во всех случаях в качестве электрода использовалась медная оголённая миллиметровая проволока.

Недавно провёл «доработку» — вместо педали поставил кнопку на передней панели и добавил индикацию включения аппарата (обыкновенная лампочка накаливания, подключенная к обмотке с подходящим напряжением одного из трaнcформатора).

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, февраль-март 2015