Сварочный инвертор своими руками: расчет параметров и подбор материалов

Основные данные

Собственноручно собранный по простой схеме сварочный инвертор сможет иметь данные вполне приличного устройства:

напряжение на входе 220 вольт;
на входе ток 32 ампера;
на выходе ток 250 ампера.

Обычно используют напряжение 220 вольт, но можно сделать аппарат и для напряжения 380 вольт. Трехфазные аппараты имеют несколько выше показатели.

Сборка блока питания

Монтаж начинается с намотки трансформатора, его функция – это обеспечение стабильным напряжением следующих за ним деталей. Для его изготовления используют феррит Ш 7х7 (можно Ш 8х8), на который наматывают разные по количеству витков обмотки: сто, пятнадцать, пятнадцать и двадцать, соответственно 0,3; 1; 0,2 и 0,3 миллиметров.

Для снижения вредного влияния возможного перепада сетевого напряжения, кольца провода необходимо класть на всю ширину катушки.

Первичную обмотку надо изолировать стеклотканью и намотать экран из провода 0,3 мм. Он должен покрыть всю ширину каркаса, а направление витков – совпадать с предыдущей обмоткой.

Последовательность работы с остальными обмотками такая же. На выходе должно быть от 20 до 25 вольт. Его можно отрегулировать подбором деталей. Синусоидальный ток преобразуется в постоянный с помощью диодов, соединенный, как «косой мост», а для охлаждения необходимо подобрать радиаторы, возможно, со старого компьютера.

Один охладитель закрепляется к верхним частям деталей и изолируется слюдяной прокладкой. Второй – к нижней части моста и крепится с использованием термопасты.

Выводы диодного моста направляются туда же, куда будут выходить и контакты транзисторов, что работают как преобразователи. Длина проводов, которые соединяют мост и транзисторы – не больше 15 сантиметров. Блок питания и инверторный блок разделяются металлической пластиной, приваренной к основанию.

Улучшение теплоотвода

Первый недостаток, которым грешит подавляющее большинство недорогих инверторных аппаратов — плохая схема отвода тепла с силовых ключей и выпрямительных диодов. Начинать доработку в этом направлении лучше с увеличения интенсивности принудительного обдува. Как правило, в сварочных аппаратах устанавливают корпусные вентиляторы с питанием от служебных цепей напряжением 12 В. В «компактных» моделях принудительное воздушное охлаждение может вовсе отсутствовать, что для электротехники такого класса, безусловно, нонсенс.

Читать также: Структурная формула натурального каучука

Достаточно просто увеличить воздушный поток путём установки нескольких таких вентиляторов последовательно. Проблема в том, что «родной» кулер скорее всего придётся снять. Чтобы эффективно работать в последовательной сборке, вентиляторы должны иметь идентичную форму и число лопастей, а также скорость вращения. Собрать одинаковые кулеры в «стопку» крайне просто, достаточно стянуть их парой длинных болтов по диаметрально противоположным угловым отверстиям. Также не стоит беспокоиться о мощности источника служебного питания, как правило её достаточно для установки 3–4 вентиляторов.

Если внутри корпуса инвертора недостаточно места для установки вентиляторов, можно приладить снаружи один высоко. Его установка проще по той причине, что не требуется подключение к внутренним цепям, питание снимается с клемм кнопки включения. Вентилятор, разумеется, должен устанавливаться напротив вентиляционных жалюзеек, часть которых можно вырезать, чтобы снизить аэродинамическое сопротивление. Оптимальное направление потока воздуха — на вытяжку из корпуса.

Второй способ улучшить теплоотвод — замена штатных алюминиевых радиаторов на более производительные. Новый радиатор нужно выбирать с наибольшим количеством как можно более тонких рёбер, то есть с наибольшей площадью контакта с воздухом. Оптимально в этих целях использовать радиаторы охлаждения компьютерных ЦП. Процесс замены радиаторов довольно прост, достаточно соблюдать несколько простых правил:

Если штатный радиатор изолирован от фланцев радиоэлементов слюдой или резиновыми прокладками, их нужно сохранить при замене.
Для улучшения теплового контакта нужно использовать кремнийорганическую термопасту.
Если радиатор нужно подрезать, чтобы он поместился в корпус, обрезанные рёбра нужно тщательно обработать надфилем, чтобы снять все заусенцы, иначе на них будет обильно оседать пыль.
Радиатор должен быть плотно прижат к микросхемам, поэтому предварительно на нём нужно разметить и просверлить крепёжные отверстия, возможно, потребуется нарезать резьбу в теле алюминиевой подошвы.

Дополнительно отметим, что нет смысла менять штучные радиаторы отдельно стоящих ключей, замене подвергаются только теплоотводы интегральных схем или нескольких высокомощных транзисторов, установленных в ряд.

Монтаж силового блока

Этот блок представляет собой трансформатор, что снижает U и увеличивает ток. Для его изготовления нужна пара сердечников Ш 20х208. Для изоляции их друг от друга модно использовать бумагу.

Намотка выполняется полоской из меди, ширина которой 40 миллиметров, а толщина – 0,25 миллиметров. Для прокладки витков можно использовать бумагу хорошего качества, а вторичную обмотку формируют, перекладывая фторопластовую полосу.

Монтировать понижающий трансформатор, используя толстый провод, не надо потому, что ток, имея высокую частоту, проходит по поверхности проводника и тот не нагревается внутри.

Нагрев деталей аппарата нужно уменьшать принудительным охлаждением. Для этой цели подойдет вентилятор из системного блока компьютера.

Изготовление инвертора

Перед началом изготовления высокочастотного трансформатора для инвертора нужно изготовить гетинаксовую плату, руководствуясь схемой 2. Трансформатор выполнен на магнитопроводе типа «Ш20х28 2000 НМ» с рабочей частотой 41 кГц. Для его намотки (I обмотки) необходимо использовать медную жесть толщиной 0,3..0,45 мм и шириной 35..45 мм (ширина зависит от каркаса). Нужно сделать:

12 витков (площадь поперечного сечения (S) около 10..12 кв. мм.).
4 витка для вторичной обмотки (S = 30 кв. мм.).

Высокочастотный трансформатор нельзя мотать обыкновенным проводом из-за возникновения скин-эффекта. Скин-эффект — способность высокочастотных токов вытесняться на поверхность проводника, тем самым нагревая его. Вторичные обмотки следует разделить пленкой из фторопласта. Кроме того, трансформатор должен нормально охлаждаться.

Дроссель выполнен на магнитопроводе типа «Ш20×28» из феррита 2000 НМ с S не менее 25 кв. мм.

Трансформатор тока выполняется на двух кольцах типа «К30×18×7» и мотается медным проводом. Обмотка l продевается через кольцевую часть, а II обмотка состоит из 85 витков (d = 0,5 мм).

Схема 2 — Схема инверторного сварочного аппарата своими руками (инвертор).

После успешного изготовления высокочастотного трансформатора нужно осуществить монтаж радиоэлементов на печатной плате. Перед пайкой обработать оловом медные дорожки, детали не перегревать. Перечень элементов инвертора:

ШИМ — контроллер: UC3845.
MOSFET-транзистор VT1: IRF120.
VD1: 1N4148.
VD2, VD3: 1N5819.
VD4: 1N4739A на 9 В.
VD5-VD7: 1N4007.
Два диодных моста VD8: KBPC3510.
C1: 22 н.
C2, C4, C8: 0,1 мкФ.
C3: 4,7 н и C5: 2,2 н, C15, С16, С17, C18: 6,8 н (только использовать К78−2 или СВВ- 81).
C6: 22 мк, С7: 200 мк, С9-С12: 3000 мк 400 В, C13, C21: 10 мк, C20, C22: 47мк на 25 В.
R1, R2: 33k, R4: 510, R5: 1,3 k, R7: 150, R8: 1 на 1 Вт, R9: 2 M, R10: 1,5 k, R11: 25 на 40 Вт, R12, R13, R50, R54: 1 к, R14, R15: 1,5 k, R17, R51: 10, R24, R25: 30 на 20Вт, R26: 2,2 к, R27, R28: 5 на 5Вт, R36, R46-R48, R52, R42-R44 — 5, R45, R53 — 1,5.
R3: 2,2 k и 10 к.
К1 на 12 В и 40А , К2 — РЭС-49 (1).
Q6-Q11: IRG4PC50W.
Шесть MOSFET-транзисторов IRF5305.
D2 и D3: 1N5819.
VD17 и VD18: VS-HFA30PA60CPBF; VD19-VD22: VS-HFA30PA60CPBF.
Двенадцать стабилитронов: 1N4744A.
Две оптопары: HCPL-3120.
Катушка индуктивности: 35 мк.

Сборка инверторного блока

Чтобы сделать сварочный инвертор своими руками необходимо перейти к следующему этапу – монтажу инверторного блока. Так, как этот узел преобразовывает ток из постоянного в переменный, нужны мощные транзисторы, которые будут то открываться, то закрываться, создавая высокую частоту.

В инструкцию для изготовления простого инвертора можно включить схему инверторного блока.

Блендер погружной — какой фирмы лучше выбрать для дома. Фото+ видео отзывы
Тестер своими руками: инструкция, схемы и решения как сделать простой самодельный прибор. Пошаговая инструкция как сделать тестер из смартфона
Регулятор напряжения своими руками: мастер-класс как сделать простейшее устройство по регулировке напряжения

Есть смысл этот блок монтировать с применением нескольких транзисторов, чтобы частота была более стабильной и при выполнении сварки аппарат меньше гудел.

Самодельный сварочный аппарат

Собрать инвертор для сварки просто, так как существует множество схем. Возможно сделать сварку из блока питания компьютера, сбить для него ящик, но получится сварочник низкой мощности. Подробно о создании простого инвертора из компьютерного БП для сварки можно ознакомиться в интернете. Огромной популярностью пользуется инвертор для сварки на ШИМ — контроллере типа UC3845. Микросхема прошивается при помощи программатора, который можно приобрести только в специализированном магазине.

Корпус

Пошаговая сборка инвертора своими руками предусматривает подбор надежного корпуса для такого изделия. Для этой цели вполне подойдет старый системный блок от компьютера (чем древнее, тем лучше потому, что в нем толще металл). Можно самому изготовить коробку из листового металла, а внизу использовать гетинакс в пол сантиметра или больше.

Различные виды самодельных сварочных инверторов имеют общую черту – это управление работой аппарата. На передней панели устанавливают выключатель, ручку регулировки сварочного тока, контакты для проводки, контрольные лампы.

Таким образом, чтобы обзавестись таким нужным в домашней мастерской аппаратом, не обязательно покупать готовый инвертор. Можно изучить необходимую теорию, приобрести детали и самому собрать сварку, которая будет надежно работать.

Схемы

Одним из первых шагов изготовления инвертора – определение его рабочей схемы. Поскольку в интернете находится большое количество выбора, нет необходимости придумывать, что-то новое.

За основу будем продолжать использовать информацию об инверторе модели COLT1300, рабочая схема показана на рисунке 1:

Рис 1.

На рисунке 2 изображена схема блока управления процессами, проходящими в силовой части. У рассматриваемого типа аппарата схемы втиснуты на одну плату. Изменим это и блок управления сделаем на отдельной плате.

Рис.2

Разобьем основную схему на несколько частей и получим:

Силовая часть и драйверы транзисторов:

Источник питания силовой части:

Сварочный инвертор с шип контролером:

Блок питания инвертора:

Для изготовления электрических 4 плат, потребуется следующее:

текстолит FR4 150×250мм (2мм);
перманентный черный маркер;
лимонная кислота и перекись водорода;
флюс паяльный ЛТИ-120;
сверло диаметром 1мм и 2мм;

В программе Dip Trace чертим силовую схему:

Преобразовываем в плату:

В конце получится рисунок:

Пример показан на более простой схеме. Скачать учебник для работы в Dip Trace можно на сайте Full-Chip.net. В нем последовательно описывается каждая операция для печати микросхем.

Полученное изображение макета надо распечатать на лазерном принтере, это обязательное условие, чернило, не даст нужный эффект:

Подготовим текстолит. Слегка зачистить мелкозернистой наждачной бумагой до яркой поверхности. Прикладываем к пластине напечатанный макет и сверху заворачиваем еще одним слоем газетной бумаги.
Прикладываем горячий утюг и ждем 15-20 секунд. Даем постепенно остыть, затем что бы легко было отдирать, замачиваем водой. Если на каком-то участке связь плохо пропечаталась, дорисовываем черным маркером.
Готовим ванну для травления платы. В раствор входит лимонная кислота, перекись водорода и вода. Емкость достаточного размера, чтобы плата могла полностью в нее войти. С этой смесью надо соблюдать осторожность, работать в резиновых перчатках. Размешивать только деревянными предметами, металлическими нельзя.
Дальше все это надо поставить в теплое место или в таз с теплой водой. Контролируя процесс можно увидеть, когда не окрашенный медный налет сойдет, тогда можно доставать деталь.
Высушиваем схему и снимаем наждачной бумагой маркер. Покрываем поверхность флюсом ЛТИ-120. Что бы ни дать окислятся дорожкам, их надо осторожно полудить до приятного блеска.

Итак, получаем две платы на силовую схему и блок управления.