МЕНЮ

 

  ПОИСК ПО САЙТУ

СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ СВОИМИ РУКАМИ

ОБЗОР СХЕМ СВАРОЧНЫХ ИНВЕРТОРОВ И ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ

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

Типы корпусов микросхемы UC1842....UC3845

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

Блоксхема UC3842 и UC3845

    На блоксхеме как раз красным выделен дополнительный триггер, который не позволяет длительности выходного импульса превысить 50%. Этот триггер установлен только в серии UCx844 и UCx845.
    В микросхемах, выполненных в корпусах с восьмью выводами некоторые выводы объеденены внутри микросхемы, например VC и Vcc, PWRGND и GROUND.
   
    Типовая схема импульсного блока питания на UC3844 приведена ниже:

 

Обратноходовой БП на UC3845

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

I, А 1 1,2 1,3 1,6 1,9 3 4,5 6 10 20 30 40 50

R, Ohm 1 0,82 0,75 0,62 0,51 0,33 0,22 0,16 0,1 0,05 0,033 0,025 0,02
2 х 0,33 2 х 0,1 3 х 0,1 4 х 0,1 5 х 0,1

P, W 0,5 1 1 1 1 2 2 5 5 10 15 20 25

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

 

Обратноходовой БП на UC3845

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

 

Зависимость частоты от резистора и конденсатора

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

Принципиальная схема сварочника Бармалея
УВЕЛИЧИТЬ

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

 

Не много измененная схема сварочного аппарата Бармалея

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

Схема сварочного аппарата с драйверами на микросхемах
УВЕЛИЧИТЬ

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

Схема сварочного аппарата с драйверами на микросхемах IR2110
УВЕЛИЧИТЬ

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

Схема сварочного аппарата со стабилизацией тока
УВЕЛИЧИТЬ

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

Цоколевка транзисторов MOSFET и IGBT

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

Схема сварочного аппарата с ограничением выходного напряжения и стабилизацией тока
УВЕЛИЧИТЬ

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

СОБИРАЕМ СВОЙ СВАРОЧНЫЙ АППАРАТ

ПОКУПАЕМ ДЕТАЛИ

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

Мне все равно!

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

Количество заказов и отзывов о данном товаре

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

Отзывы о продавце

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

Транзисторы с разборки и новые

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

 

Демонтажные конденсаторы


    Заказ пришел довольно быстро - чуть больше месяца, 9 штук на 5 мкФ, а один, точно такого же размера на 0,33 мкФ 1200 В. Спор открывать я не стал - у меня для индукционных игрушек все емкости на 0,27 мкФ и как бы на 0,33 мкФ мне даже пригодится. Да и цена уж больно смешная. Емкости все проверил - рабочие, хотел заказать еще, но уже была вывеска - ТОВАР БОЛЕЕ НЕ ДОСТУПЕН.
    До этого брал несколько раз демонтажные IRFPS37N50, IRGP20B120UD, STW45NM50. Все транзисторы исправны, единственно что несколько огорчило, так это на STW45NM50 ноги были переформованы - на трех транзисторах (из 20-ти) выводы буквально отпали при попытке их согнуть под свою плату. Но цена была уж слишком смешной, чтобы на что то обижаться - 20 штук за 780 рублей. Транзисторы эти теперь используются как подстановочные - корпус спилен до вывода, припяны провода и залито эпоксидным клеем. Один до сих пор жив, прошло уже два года.
ВЫБОР МЕСТА ПОКУПКИ МИКРОСХЕМЫ UC3845
КОМПОНЕНТ ЦЕНА И ТИП ТОРГОВЛИ МЕСТО ПРОДАЖИ
UC3845 DIP-8 25 рублей за штуку, розница Ростовский радиорынок
UC3845 DIP-8 92 рубля за 10 штук, мелкий опт АЛИ ПОИСК UC3845
СКАЧАТЬ СБОРНИК ДАТАШНИКОВ НА UC3845 10 штук, 8,5 МБ

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

 

Силовые разъемы инверторов

    Да и по названию разъемов тоже не все так гладко, как хотелось бы... Я был ОЧЕНЬ сильно удивлен, когда в поисковую строку на Гуглохроме и ОС WIN XP вбил DKJ35-50 и получил НЕТ РЕЗУЛЬТАТОВ, а тот же запрос на том же Гуглохроме, но WIN 7 дал хоть какие то результаты. Ну для начала небольшая табличка:
DKZ DKL DKJ      
Разъем на сварочный аппарат DKZ Разъем на сварочный удлинитель Разъем на сварочный электрододержатель МАКС
ТОК, А
ДИАМЕТР
ОТВ-ТИЯ/
ШТЕКЕРА,
ММ
СЕЧЕНИЕ
ПРОВОДА,
ММ2

DKZ10-25 DKL10-25 DKJ10-25 200 9 10-25

DKZ35-50 DKL35-50 DKJ35-50 315 13 35-50

DKZ50-70 DKL50-70 DKJ50-70 400 13 50-70

DKZ70-95 DKL70-95 DKJ70-95 500 13 70-95

    Не смотря на то, что отверстия и штекеры у разъемов на 300-500 ампер одинаковые они реально способны проводить разный ток. Дело в том, что во время проворачивания разъема штекерная часть упирается торцом в торец ответной части и поскольку диаметры торцов у более мощных разъемов больше получается большая площадь контакта, следовательно разъем способен пропускать больший ток.
ПОИСК РАЗЪЕМОВ ДЛЯ СВАРОЧНЫХ АППАРАТОВ
ПОИСК DKJ10-25 ПОИСК DKJ35-50 ПОИСК DKJ50-70
ПРОДАЮТСЯ КАК В РОЗНИЦУ, ТАК И КОМПЛЕКТАМИ

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

Сварочные аппараты АВРОРА и КЕДР

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

ОПРЕДЕЛЯЕМСЯ С ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМОЙ СВАРОЧНОГО АППАРАТА

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

Схема стенда для проверки индуктивностей

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

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

ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА СТЕНДА С ПОСЛЕДНИМИ ПРАВКАМИ

    Первоначально как и в статье Бирюкова планировалось отслеживать форму напряжения падения на резисторах R14+R15. Однако проведя несколько тестовых замеров я пришел к выводу, что в стенде можно организовать более наглядную точку для контроля протекающего через индуктивность тока.
    Для этого в схему был введен дополнительный резистор R16 и как оказалось производить измерения на нем гораздо удобней.
    Дело в том, что протекающий через катушку ток не меняется мгновенно, т.е. если индуктивность не вошла в насыщение, то протекающий через катушку ток будет линейно увеличиваться и так же линейно уменьшаться, отдавая накопленную энергию на электронную нагрузку VT4. Если же ток не изменятеся, то перестает изменяться и падение напряжения на резисторе, т.е. треугольная форма напряжения приобретает ровные участки, а это говорит о том, что сердечник однозначно насытился.
    Для проверки возьмем программу "Старичка" ExcellentIT 3500 и сделаем тестовый расчет.

СКАЧАТЬ ПРОГРАММУ ExcellentIT 3500

 

Данные для проверки работоспособности стенда

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

Проверочное кольцо с 12-ю витками

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

 

Форма тока, протекающего через индуктивность

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

СКАЧАТЬ РАСЧЕТЫ В ФАЙЛЕ ЭКСЕЛЬ

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

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

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

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

 

Расчет трансформатора сварочного аппарата Бармалея

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

Сборка счетверенного сердечника

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

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

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

ПРОДОЛЖЕНИЕ

   


Адрес администрации сайта: admin@soundbarrel.ru
   

 

Яндекс.Метрика Яндекс цитирования

 

 
    схемы инвертора Бармалея прямоходовой однотактный преобразователь косой мост UC1842 UC1843 UC1844 UC1845 UC2842 UC2843 UC2844 UC2845 UC3842 UC3843 UC3844 UC3845 Цоколевка микросхем блок питания имеет стабилизацию вторичного напряжения большинстве простых сварочных аппаратов однополупериодный выпрямитель стабилизации выходного тока Принципиальная схема инвертора сборке собственного сварочного аппарата поиски программ Старичка собрал их в один сборник все программы размеры Ш-образных отечественных сердечников и рекомендуемые замены