Схема сварочного аппарата своими руками: схема и сборка инверторной сварки

Содержание

Сварка своими руками | Сварка своими руками

Cегодня поговорим о сварочных аппаратах. Кто-то уже практикуется и занимается сваркой вовсю, а кто-то еще только собирает деньги, чтобы ее приобрести. Хотя есть еще один вариант – собрать сварку своими руками.
Что нужно для элементарного сварочника: как минимум трансформатор. Задача состоит в том, чтобы подать напряжение на первичную обмотку и получить на вторичной многократно увеличенный ток и меньшее напряжение.
Рассмотрим схему простого сварочного аппарата постоянного тока. Рис.1.

Рис.1

Схема имеет свои достоинства и недостатки, но она очень проста в отличие от схемы современного инвертора Чтобы собрать последний необходимы серьезные знания и оборудование, а чтобы собрать сварочник по приведенному рисунку – достаточно просто желания и возможность купить элементы.
На рис.1 показаны
• сердечник, на который мотается первичная и вторичная обмотки;
• диодный мост из четырех диодов;
• дроссель;
• конденсатор (на любителя) подключен параллельно с дугой.

Так делать не следует, потому что конденсатор накапливает энергию и в процессе поджига дуги, она будет «клацать». Если в схему ввести резистор на 10 W сопротивлением 1-2 Ом, это позволит уменьшить ток зарядки/разрядки. В результате и конденсатор останется цел и электрод залипать не будет.

Какие бывают трансформаторы для сварочных аппаратов:

  • Можно взять тор. Такой вот «бублик» как показано на фото. КПД у него 100%, габариты небольшие, на первый взгляд одни плюсы, но не все так просто. Тороид мотать сложнее, чем Ш-образный трансформатор, который имеет всего одну катушку, на которую мотаются все обмотки. Или двухкатушечный трансформатор, который правда имеет КПД поменьше.

Итак, допустим, Вы собрали трансформатор и получили 50В на его выходе (см рис.1), подсоединили диодный мост, дроссель, конденсатор и т.д. по схеме. «Чиркаем» электродом, зажигаем дугу – и получаем ток 150 … 200А. И хорошо, скажете Вы, но не так все просто! Берет-то наш трансформатор из розетки слишком много… Например, при токе 100А на вторичной обмотке мы будем тянуть 5кВт (≈25А) из домашней розетки.

Если утром и даже
днем такой вариант может и пройти, то вечером будут сюрпризы, потому что к вечеру напряжение начинает просаживаться, соответственно, свет начинает «моргать» — и ждите недовольных соседей к себе в гости.

50В на выходе мы получили переменного тока, чтобы его выпрямить, подключается диодный мост, который срезает отрицательную кривую тока и перебрасывает его в положительную систему ординат без потери мощности.

Дроссель служит для подавления пульсаций (сглаживания «рывков» тока). Он накапливает энергию и делает ток более «постоянным», соответственно дуга будет гореть более плавно, без рывков. Он накапливает энергию и превращает ток в более «постоянный», что позволит дуге гореть более плавно, без рывков. У данного дросселя, кроме R индукции есть активное сопротивление, благодаря чему наблюдается некоторое падение напряжения. «На холостом ходу» конденсатор заряжается «на корень из двух»: если на вторичной обмотке 50В, на конденсаторе будет около 70в.

В сварке он не участвует, но зато облегчает поджиг дуги, тем более если попался ржавый металл, который нужно «пробить».

Теперь о том, как разгрузить электрическую систему дома. Можно поставить балластный резистор (сопротивление), что уменьшит ток, который проходит по цепи, но на нем  выделится тепло, которое будет греть улицу. Нам такое не выгодно. При токе 100А получится двухкилловатный обогреватель.

 Для того, чтобы потери были меньше, и соседи не ругались, нужно уменьшить потребление. Как этого добиться?

   При жесткой ВАХ наматывается первичная обмотка как это показано на рис.2. (две половинки образуют полную обмотку 220В.) Сверху на нее наматывается вторичная и соединяется с предыдущей параллельно или последовательно.

Рис.2

Либо мы наматываем обмотки тонким проводом и соединяем их параллельно, но с большим числом витков, либо толстым проводом и соединяем последовательно. (Рис.3).По сути, получаем одно и тоже в обоих случаях: жесткую ВАХ, когда на одной катушке у нас намотана половинка первички и половинка вторички. Для сварочного аппарата такой транс НЕ ГОДИТСЯ!

Рис.3

Можно установить дроссель на выходе, но это как «костыль».

Лучше возьмите двухкатушечный трансформатор. Чем больше расстояние между его обмотками (насколько они сильно разнесены), тем меньше получаемый ток. Но можно пойти еще на одну «хитрость»: накрутить часть вторичной обмотки поверх первичной – за счет этого снизятся потери и увеличится ток на выходе. Понятно, что потери на катушках будут разными и один участок будет жестко связан по напряжению, а 2-й получится «плавающий». По этому принципу можно построить регулировку сварного тока. Накручивается первичная обмотка как есть, потом вторичная 60-65%, а остаток ее доматывается на «первичку». Такой аппарат имеет пологопадающую ВАХ. Чем она хороша. Так как варить Вы будете не самим трансформатором, а подключив к нему выпрямитель и дроссель, нужно компенсировать потери. Если характеристика крутопадающая то, например, со 100А на выходе получится 60А, если пологопадающая – потери компенсируются (можно выбирать из более широкого ассортимента электродов, использовать прямую и обратную полярность).

При поиске элементов учитывайте, что диоды нужно использовать на ток минимум 100А, но лучше 200А, поставьте их на радиаторы. Опыт показывает, что «привинчивание» дешевых китайских мостиков на 50А оправдано. Только если на выходе нужно получить 200А, таких мостов нужно цеплять не 4 шт, а не менее 8шт. Если вы возьмете с запасом, только тогда все будет хорошо работать.

Дроссель можно накрутить практически на любом подходящем магнитопроводе, главное чтобы у него была площадь поперечного сечения не менее 10 кв. см. Если взять 20 кв. см – это будет даже лучше имеди мотать нужно будет меньше. Нужно так же выполнить следующее условие: сердечник не должен быть полностью замкнутым.

Величиной зазора дросселя определяется его индуктивность. С малым зазором он хорошо будет работать на малых токах, если увеличивать – получится легкая сварка на больших токах. Поэтому нужно искать компромисс.

Рассмотрим еще несколько схем для «пытливых умов»

Рис.4

На рис.4 используется трансформатор с жесткой характеристикой. Выходное напряжение у него 36В. Здесь устанавливается конденсатор, который увеличивает напряжение до 45В и позволяет зажечь дугу. В обязательном порядке должен стоять резистор. На схеме не показан дроссель, но поставить его нужно в любом случае, потому что с ним варить гораздо приятней и удобней.

На рис. 5 показана схема продвинутого сварАппа. Здесь используется свойство резонанса. То есть получаем «LC-контур»: индуктивность вторичной обмотки и емкость последовательно включенных конденсаторов. А замыкается это все на дуге. Получается трансформатор относительно малых габаритов и высокая мощность.

Рис.6

Зверя этого собрать – задача интересная, но очень затратная! Конденсаторы С1-С20 дорогие. Если поставить какой-нибудь шлак, такой как Chang  он вылетит сразу же, а хороший кондер типа JAMICON или JAVAстоят денег. Обращайте внимание на наличие жестких выводов.

Если на вторичной обмотке трансформатора напряжение будет, допустим 30-40В, то нужно брать кондеры по схеме на U в 1,5 -2 раза больше.

Если не соблюдать это условие конденсаторы пробъет и они сгорят.

Есть схема тиристорного регулятора (Рис. 7), у него наматывается первичная обмотка, вторичная и обмотка управления. Так же используется по паре мощных тиристоров и диодов. Обмотка III рассчитана на U от 30В до 40В, ток около 1 А.

Рис.7 Щелкните по картинке , чтобы открыть

Резистор R1 предназначен подстройки сварочного тока, т.е. если нужно задать минимальный диапазон. R2 работает как основной (тоесть R1 можно убрать).

R3 ограничивает ток управления тиристорами.

Стабилитрон V06 можно ставить как отечественного, так и импортного производства.

Вместо тиристора КУ101 можно брать 202-й, начинающийся практически с любой буквы.

Диоды КД209 можно заменить на любые на ток до 1 А

Управление углом открытия тиристора регулируется мощность: чем меньше он открыт, тем меньше ток на выходе. Если открыть тиристоры полностью, они будут работать как диоды и получится полноценный диодный мост – сварка при таком условии будет проходить хорошо, но если мощность уменьшить больше чем на половину – пульсации тока увеличатся, и варить будет довольно трудно.

Поэтому в схему лучше добавить дроссель.

Принципиальные схемы маломощных сварочных аппаратов

Домашнее хозяйство будет неполным без сварочного аппарата, даже если он небольшой мощности. Работа в гараже, на приусадебном участке или даже в квартире иногда требует подключения сварки. Но не покупать же дорогой инвертор, если сварка может понадобиться раз в год или реже. Поэтому многие мастера делают такое устройство своими руками. А для этого нужна несложная и работоспособная схема аппарата на основе маломощного трансформатора, желательно схемы постоянного тока.

Аппарат, работающий в широком диапазоне тока и напряжения, для дома совершенно не нужен. Чаще будет необходима маломощная сварка – скрепить несколько листов металла, соединить уголки или швеллера, полосы и прутья. А для маломощного сварочного аппарата и схема будет упрощенной. Первые сварочные аппараты работали на переменном токе, и за неимением других вполне всех устраивали. Для такого агрегата достаточно было сделать понижающий трансформатор и снабдить его силовыми кабелями с электрододержателем.

Аппараты для сварки переменным током делятся на четыре типа:

  1. Схема с отдельным дросселем.
  2. Устройство со встроенным дросселем.
  3. С магнитным подвижным шунтом.
  4. С подвижной обмоткой и увеличенным магнитным рассеиванием.

Пульсации переменного тока аппарата сглаживались Т-образным фильтром, который состоит (на схеме) из дросселей Др1, Др2 и конденсаторов С1-С4. Дроссель сварочного агрегата обычно использовался или от люминесцентных ламп, или наматывался на самодельной катушке. С увеличением площади сечения железа дросселя уменьшалась вероятность вхождения магнитной системы в режим насыщения. Если это происходило при большом токе нагрузки (например, при резке металла), то индуктивность дросселей резко уменьшалась и сварочный ток не сглаживался. Соответственно, дуга горела неустойчиво.

Принципиальная схема сварочного аппарата переменного тока имела недостатки – работа только соответствующими электродами, невозможность регулировки тока дуги, подключения более мощных электродов и, вследствие этого – часто залипание электрода, приводящее к перегреву и выходу из строя обмоток трансформатора. С появлением полупроводников схема несколько усложнилась, но работать сваркой на постоянном токе стало удобнее и безопаснее.

И всего-то для этого нужно было в устройство добавить диодный мост. Так появился аппарат постоянного тока. Правда, диоды должны быть мощными и оснащаться охладительными радиаторами. Впоследствии схема усложнилась – добавились сглаживающие фильтры, регуляторы сварочного тока (механические или электронные), схемы защиты от КЗ и перегрева.

Простая схема сварочного аппарата работала хорошо, но удовлетворяла не всем требованиям технологий обработки металлов. По-прежнему, хотя и стало возможным работать любыми электродами, они залипали, и первой деталью, которая чаще всего выходила из строя, стали диоды. Радиаторы не всегда помогали, поэтому для предотвращения их перегрева сначала появились вентиляторы, а затем и транзисторно-тиристорные схемы защиты. Такая электронная начинка предохраняла устройство не только от короткого замыкания при залипании, но и предохраняла аппарат от перегрева.

Постоянным током стало возможным работать и электродами, и электродной проволокой без обмазки. Для розжига сварочной дуги на малых значениях тока напряжение на II обмотке трансформатора Uхх должно быть повышено до 70-85 В. Электроды можно использовать и более тонкие – начиная с 2-х мм. Мощные тиристоры (симисторы) позволяют плавно регулировать ток, изменяя напряжение на II обмотке в диапазоне 0,1 Uхх-0,9Uхх.

Требования к магнитопроводу

Такая схема приобрела универсальность – кроме сварочных работ, этим сварочным аппаратом стало возможно заряжать аккумуляторы, подключать к нему ТЭНы и использовать в других целях. В домашних условиях сборка универсального сварочного аппарата с током сварки 15-250 А – дело неблагодарное. Поэтому самодельная сварка часто имеет маленькую мощность, при которой возможно использование электродов диаметром 2-4 мм. Но для работы на малых токах применения схем с электронной регулировкой сварочного тока не избежать.

Поэтому, проанализировав требования к конструкциям любительских аппаратов для дома, можно очертить круг выполняемых параметров для них:

  1. Устройство должно иметь маленькие габариты и небольшой вес.
  2. Напряжение питания — 220 В, 50 Гц.
  3. Время непрерывной работы — сжигание 4-5 электродов диаметром 2-4 мм.

Первое требование определяется мощностью сварочного агрегата, поэтому их вполне можно регулировать. Время безопасной работы аппарата зависит теплостойкости изоляции, трансформаторного железа и провода для I и II обмоток. Для домашней сварки можно использовать стержневой магнитопровод. Сердечник в устройство набирается из пластин, изготовленных из электротехнической стали любой формы, но толщиной 0,3-0,6 мм.

Кроме традиционных прямоугольных сердечников, особым спросом пользуются тороидальные сердечники. Аппарат на таком железе работает в 3-5 раз эффективнее – не перегревается, диаметр электродов не критичен, габариты сварочного устройства постоянного тока намного меньше, электрические потери в сердечнике минимизированы за счет круглой формы. В изготовлении такой сварочный аппарат сложнее, но результат стоит того.

Похожие статьи

схема самодельных аппаратов для сварки. Как сделать его из инвертора по чертежам?

Сварка уже давно является одним из довольно востребованных процессов при работе с такой структурой, как металлы. Её использование позволяет обеспечить создание и ремонт разнообразных поверхностей, выполненных из различного рода металлов и сплавов. Но сам по себе сварочный аппарат – сравнительно недешёвое удовольствие.

Хотя, в принципе, сделать сварочный полуавтомат своими руками в домашних условиях можно. Попытаемся разобраться, как самостоятельно сконструировать простое полуавтоматическое устройство для сварки и какие для этого понадобятся запчасти.

Особенности изготовления

Для понимания того, как собрать сварочный полуавтомат, требуется обладать кое-какими познаниями в области электротехники, ведь создание подобного прибора – не самая простая задача. Проще всего переделать устройство из инвертора. Чтобы это стало возможным, его мощность должна составлять не менее 150 ампер.

Также важным моментом будет наличие пусковой схемы сварочного полуавтомата.

В данном случае потребуется иметь под рукой трансформатор на 150 ампер, бобину, блок управления, механизм проволокоподачи, шланг газоподачи.

Лучше всего будет разместить все вышеупомянутые элементы в специальном корпусе. Например, корпусе от персонального компьютера или микроволновки.

Инструменты и материалы

Выше была уже упомянута часть материалов, которые потребуются для сборки рассматриваемого устройства. Но полный список элементов выглядит так:

  • 150-амперный инвертор;
  • механизм подачи проволоки;
  • газовая горелка;
  • шланг подачи, что выполняет роль направляющего рукава;
  • газовый шланг;
  • катушка с проволокой присадки;
  • электронный блок управления.

Как можно убедиться, большинство указанных компонентов применяется без каких-либо изменений. Единственное, что нужно будет немного поработать с механизмом проволокоподачи, чтобы процесс шёл с такой же скоростью, как и плавка. Кроме того, следует предусмотреть регулятор, ведь скорость может изменяться. На это повлияют:

  • диаметр проволоки;
  • тип;
  • категория материалов, что свариваются.

Пошаговая инструкция

Теперь приведем пошаговую инструкцию создания полуавтомата для сварки из китайских деталей:

  • немного будет сказано о схеме;
  • разберёмся, как произвести подготовку трансформатора;
  • произведём подбор корпуса;
  • разберёмся с блоком управления и катушками;
  • создадим охладительный механизм.

Схема

Схему самодельного полуавтоматического устройства для сваривания можно найти на просторах Всемирной паутины. Различные варианты почти не отличаются. Главные их компоненты – чертежи, а также описание конкретной модели рассматриваемого устройства. Учитывая малое количество отличий, целесообразно будет рассмотреть некую общую модель.

Обычно подача проволоки производится благодаря применению небольшого электрического двигателя. Лучше всего в данном случае использовать стеклоподъёмник, которым оснащается любой автомобиль.

Но работу этой части устройства следует регулировать. Для этого можно применить ШИМ-регулировку. Качество сварной работы будет полностью зависеть от верности подачи проволоки. Она должна идти ровно и чётко, без каких-либо прерываний.

Если говорить о подаче газа, то следует произвести регулировку соответствующим образом. Лучше всего будет, если клапан газоподачи будет открываться на пару мгновений ранее, чем начнется подача электрода. Если регулировку настроить неверно, это может стать причиной преждевременного оплавления и вместо ванны будет происходить возгорание электрода. Естественно, что в этой ситуации о получении хорошего и крепкого шва можно забыть.

Реализация необходимой задержки проволоки к месту подачи сварки может быть осуществлена при помощи реле. Если говорить о клапане подавания, его можно снять с автомобиля, применив автомобильный воздушный клапан. В качестве альтернативы может быть использован и электроклапан от баллонного редуктора.

Подобная схема полуавтомата будет приблизительной, где описаны основные части устройства. Конечно, другие модели могут иметь модификации, но принцип работы устройства везде остаётся одинаковым.

Подготовка трансформатора

Трансформатор – главный элемент самодельного сварочного аппарата из инвертора. Следует знать, что чаще всего при самостоятельном конструировании его берут из обычной СВЧ-печи, попросту переделав его. Это основной узел, который обеспечит питание процесса сварки. Обычно принцип его действия являются снижающим. Причина этого состоит в том, что сетевое напряжение довольно большое, из-за чего его необходимо снизить до требуемого показателя.

Переделка данной части будет состоять в создании определённого количества витков на обмотке первичного и вторичного типа, ведь в микроволновке установлен трансформатор повышающего типа, а в данном случае требуется противоположный.

Основа работы рассматриваемого устройства будет следующей: когда осуществится подключение к сети по контуру первичного типа, по нему начнёт идти ток переменного характера, что будет формировать магнитный поток. В обмотках начнёт индуцироваться ЭДС, что будет зависеть от наличия некоторого количества витков кабеля.

Если максимально упростить, то намотав на первичную обмотку 100 витков, а на вторую, предположим, 5, получим трансформационный коэффициент, равный 20. А в результате он даст где-то 11 вольт, то есть почти в 20 раз меньшее значение, чем в электросети.

То есть, делаем мы переделку, чтобы изменить количество витков на обмотке вторичного типа, ведь их существенно больше, чем потребуется. Но в этом вопросе лучше сильно не спешить. Если сила тока будет очень велика, то может случиться возгорание проводки, и трансформатор просто сгорит. А слабый ток не позволит устройству работать нормально.

Найти идеальное значение можно лишь исходя из расчётов. Сначала требуется понять, сколько напряжения будет на намотках, каким будет ток и иные показатели.

Именно на основе этих характеристик и должен производиться расчёт сердечника, намоток и подбор проводов с соответствующим сечением.

При проведении расчётов следует принимать во внимание большое количество характеристик. В данном случае лучше воспользоваться онлайн-калькуляторами.

Подбор корпуса

Если смотреть на схему сварочного аппарата, то можно увидеть, что тут присутствует немалое количество различных частей. Естественно, что они должны быть правильно размещены в корпусе устройства. Требований к нему не очень много, ведь он никак не влияет на работоспособность нашего полуавтомата. Но правильный подбор корпуса может существенно повысить комфорт работы с устройством.

Лучше всего будет использовать в данном случае короб, выполненный из тонколистового металла. Все размеры тут следует продумать заранее. Чтобы получить действительно удобный и практичный корпус, стоит предварительно сделать чертеж, где нужно отметить места расположения всех частей агрегата.

Когда короб будет изготовлен, в него следует поставить трансформатор, регулятор подачи проволоки и другие элементы, согласно схеме. Важным моментом, которым не следует пренебрегать, является механизм охлаждения. Он нужен, чтобы трёхфазный инвертор работал стабильно, ведь именно этот элемент нагревается больше всего. За охлаждение в данной конструкции будут отвечать вентиляторы, которые лучше всего будет расположить по бокам корпуса внутри.

Экономить на вентиляции нет нужды, и нагнетаемый воздух должен максимально быстро выводиться наружу.

Неплохим решением в этом вопросе будет корпус от компьютера. Его сильными сторонами будет наличие требуемых отверстий и места для вентиляторов.

Плата управления

Одним из важнейших элементов рассматриваемого устройства является блок управления. Он состоит из таких частей:

  • реле;
  • генератора задающего типа;
  • защиты от перегрузок температурного характера;
  • обратной связи.

Нелишним будет оборудовать наш полуавтомат регулятором тока, который вполне можно сделать самому. После окончания всех работ управляющую плату следует присоединить к силовому блоку устройства перед подключением в электросеть. После этого остаётся проверить работоспособность блока при помощи осциллографа через его присоединение к выходам.

Катушки

Как уже говорилось, в корпус полуавтомата из аккумулятора или любого другого приспособления, сделанного собственноручно, монтируются трансформаторы. После этого их следует совместить. Точнее, совместить первичные катушки со вторичными. Сделать это можно так: первичные намотки соединяем параллельно, а вот вторичные будут соединяться последовательно.

Благодаря этому появится возможность получить на выходе большую силу тока, которой будет вполне достаточно для бесперебойной работы устройства. То есть получится полуавтомат с вольтодобавкой.

Система охлаждения

Как уже стало ясно, во время постоянной работы трансформаторный импульсный инвертор может сильно перегреваться. Поэтому тут требуется хорошая система охлаждения.

Простейшим методом, который позволит осуществлять охлаждение элементов полуавтомата, будет монтаж вентиляторов, которые можно установить по бокам корпуса.

Их следует установить так, чтобы они могли работать исключительно на выдув. Кулеры можно вытащить из отработанного блока питания от компьютера. Кстати, не забудьте проделать отверстия для вывода воздушных масс в корпусе механизма. Их размер должен быть не меньше 5 миллиметров.

Использование самодельного аппарата

Чтобы нормально использовать самодельный сварочный полуавтомат, требуется чётко понимать, что его долговечность и надёжность зависят от того, насколько будет соблюдаться температурный режим. Нормальными будут считаться значения на радиаторах около 75 градусов по Цельсию.

При перегреве, поломке либо замыкании пользователь будет оповещён сигналом звукового характера. Кроме того, электронный блок управления автоматически снизит ток для работы до 20 ампер, а звуковое оповещение будет сохраняться до нормализации ситуации.

Необходимо точно знать, что именно вы делаете и для чего. Кроме того, следует использовать самодельный прибор исключительно по его прямому назначению и не пытаться применять его для чего-то ещё. Следует помнить и о том, что перед началом эксплуатации не будет лишним проверить его работоспособность.

О том, как сделать сварочный полуавтомат своими руками, смотрите далее.