Инвертор на сварочный полуавтомат 250А

Купил я как то свой полуавтомат трансформаторный. Ну думал мне его хватит на долго, так как я планировал его для сварки и ремонта кузовов автомобиля. В итоге я был разочарован тем, что тонкий металл он просто сжигал в момент касания сварочной проволоки о свариваемую поверхность. А толстый металл примерно 4 мм толщины он просто не проваривал как следует.

В результате этого мне хотелось просто выкинуть его. Обратно в магазин его не понесешь, так как прошло много времени, да и работа у меня не одна. Вот и было решено собрать инвертор для моего девайса чтобы избавиться от трансформатора который работал не понятно как. 

На рисунке собственно сама схема. Эта схема была взята с основы сварочного инвертора на 250 ампера, который разработал Евгений Родиков. За что ему спасибо. 

Правда пришлось мне изрядно повозиться с этой схемой, чтобы обычный сварочный инвертор у которого мягкая ВАХ (вольтамперная характеристика) стала жесткой и чтобы была обратная связь по напряжению и можно было регулировать с 7 вольтах до 25 вольт. Так как на полуавтомате не нужно регулировать ток ему надо менять напряжение. Что мною и было выполнено. 

Для начала нам надо собрать блок питания который будет питать шим генератор и драйвера ключей.

Вот собственно и схема блока питания, она не сложная и думаю не буду вдаваться в подробности и так все понятно.

Принцип работы инвертора

Работа инвертора заключается в следующем. Из сети 220 вольт поступает на диодный мост и выпрямляется потом происходит зарядка конденсаторов большой емкости через токоограничивающий резистор R11.Если бы не резистор то произошел бы сильный бах из за чего выйдет из строя диодный мост. Когда конденсаторы зарядились, таймер на VT1,C6,R9,VD7 включает реле К1 тем самым шунтирует токоограничительный резистор R11 и напряжение в это время на конденсаторах нарастает до 310 вольта. и в это же время включается реле К2 который размыкает цепь резистора R10, который блокирует работу ШИМ генератора собранного на микросхеме UC3845. Сигнал с 6 ноги ШИМ генератора поступает на оптроны через резисторы R12,R13. Далее проходя через оптроны HCPL3120 на драйвера управления силовыми IGBT транзисторами которые запускают силовой трансформатор. после трансформатора выходит большой ток высокой частоты и поступает на диоды тем самым выпрямляется. Контроль напряжения и тока выполнены на оптроне PC817 и токовом датчике построенный на ферритовом кольце через который пропущен провод силового трансформатора.

Начало сборки работы инвертора

Саму сборку можно начинать как угодно. Я лично начинал собирать с самого блока питания,который должен питать шим генератор и драйвера ключей. Проверив работоспособность блока питания она у меня заработала без каких либо доработок и настроек. Следующим этапом я собирал таймер который должен блокировать шим генератор и шунтировать токоограничительный резистор R11, убедившись в его работе, он должен включать реле К1 и К2 в течении времени от 5 секунд до 15 секунд. Если таймер срабатывает быстрее чем нужно то надо увеличить емкость конденсатора С6. После чего я начал сборку шим генератора и драйвера силовых ключей в шим генераторе есть один недочет с резисторами R7 он должен иметь сопротивление 680 Ома R8 1,8ома и конденсатор C5 510p C3 2200p также убедившийся в правильной сборке выставил первоначальную частоту в 50 кГц с помощью резистора R1. При этом сигнал формированный шим генератором должен быть строго прямоугольным 50/50 и ни каких всплесков и выбросов из краев прямоугольников показанные на осциллограмме осциллографа. После я собрал силовые ключи и подав напряжение минус 310 вольт на нижние силовые ключи. плюс верхних силовых ключей я подал питание плюс 310 вольт через лампочку 220 вольт 200 ватт на самой схеме не показано, но надо в питание силовых ключей плюс и минус 310 вольта добавить конденсаторы 0,15мкФ х 1000 вольт 14 штук. это нужно для того чтобы выбросы который будет создавать трансформатор уходили в цепь питания силовых ключей ликвидируя помехи в сети 220 вольта. После чего я начал собирать силовой трансформатор а начиналось у меня все так. Я не знаю какой материал феррита намотал пробную обмотку например 12 витков из медной проволоки 0,7 мм диаметром покрытый лаком включил его между плечами силовых ключей и запустил схему убедившийся что лампочка горит в пол накала чуть чуть подождав примерно 5 или 10 минут выключил схему из розетки дав разрядиться фильтрующим конденсаторам чтобы током не стукнуло проверил сам сердечник силового транса он не должен нагреваться. Если он нагрелся я увеличил число обмоток и таким образом я дошел до 18 витков. И так я намотал трансформатор с расчетом сечений которые написаны на схеме.

Настройка и первый запуск инвертора

Перед настройкой и первым пуском еще раз проверяем в правильной сборке. Убеждаемся в правильной фазировке силового трансформатора и датчика тока на маленьком кольце. Датчик тока обычно подбирается количество витков провода чем больше витков тем больше выходной ток, но не стоит пренебрегать из за того, что можно перегрузить силовые ключи и они запросто могут выйти из строя. В этом случае если не знать материал феррита лучше всего начать с 67 витков и постепенно увеличивать количество витков до достаточной жесткости дуги при сварке. Например у меня вышло 80 витков, при этом у меня не грузится сеть, не греются силовые ключи и естественно нет шума от силового трансформатора и дросселя на выходе.

И так начинаем первый пуск и настройку при лампочке включенной как описано выше при этом куча конденсаторов из 14 штук по 0,15 мкФ должны быть включены обязательно на питание ключей плюс и минус 310 вольт. включаем осциллограф на эмиттер и коллектор нижнего плеча силовых ключей. Перед этим мы не цепляем оптрон обратной связи по напряжению, временно оставляем висеть на воздухе на осциллографе должно быть прямоугольный сигнал частоты мы берем отвертку и крутим резистор R1 до появления не большого загиба на нижнем углу прямоугольника. Крутить в сторону уменьшения частоты. Это будет говорить о перенасыщении сердечника силового трансформатора. При загибе в полученной частоте записать его и посчитать рабочую частоту сердечника силового трансформатора. Например частота перенасыщения 30 кГц считаем так 30 делим на 2 получаем 15 полученное число прибавляем к частоте перенасыщения 30 плюс 15 получаем 45. 45 кГц это наша рабочая частота. При этом лампочка должна светиться почти не заметно тускло. ток потребления не должна превышать  на полном холостом ходу 300 мА обычно 150 мА. смотреть осциллограф чтобы не было всплесков напряжения выше 400 вольта обычно 320 вольт. Как все будет готово цепляем к лампочке чайник или нагреватель или утюг в 2000 ватт. На выход цепляем провод приличного сечения например от 5 квадратов 2 метра делаем короткое замыкание при этом лампочка не должна гореть на всю яркость она должна светиться чуть больше половины накала. Если она светится на всю яркость то нужно еще раз проверить датчик тока в фазировке просто пропустить провод с другой стороны. В крайних мерах уменьшить число витков на датчике тока. После того как будет все готово теперь плюс питание 310 вольт пустить на прямую без лампочки и нагревателя 2000 ватт. Не забываем про охлаждения силовых ключей радиатор с вентилятором лучше всего подходит радиатор от компьютера старого образца интел пентиум или амд атом. Силовые ключи должны быть вкручены на радиатор без слюдяной прокладки и через тонкий слой термопроводящую пасту КПТ8, чтобы обеспечить максимальную эффективность охлаждения. Радиатор надо делать отдельно от верхнего и нижнего плеча полумоста. Диоды снабберов и диоды включенные между питанием и трансформаторе разместить на тех же радиаторах, что и ключи но уже через слюдяную прокладку да бы избежать короткого замыкания. Все конденсаторы на шим генераторе должны быть именно пленочные с надписью NPF этим вы избежите не приятные моменты при погодных условиях. Конденсаторы на снабберах и на выходных диодах должны быть строго только типа К78-2 или СВВ81 ни какой любой мусор туда не совать, так как снабберы выполняют важную роль в этой системе и они поглощают всю негативную энергию который создает силовой трансформатор.

Кнопку пуска полуавтомата который находится на рукаве горелки нужно сделать в разрыв термодатчика перегрева.И еще чуть не забыл на выходе силового трансформатора когда настраиваете всю систему без оптрона обратной связи конденсатор 220мкФ тоже должен быть временно снят, чтобы не превысить выходное напряжение и при этом на выходе при таком раскладе напряжение должно быть не больше 55 вольта если оно достигает 100 вольта или больше желательно уменьшить количество витков например отмотать 2 витка, чтобы получить нужное нам напряжение после того можно ставить конденсатор и оптрон обратной связи. Резистор R55 - это регулятор напряжения  R56 резистор ограничения максимального напряжения его лучше припаивать в плате рядом где оптрон чтобы избежать скачка при обрыве регулятора и подбирать его в сторону увеличения сопротивления до нужного максимального тока я например сделал до 27 вольта. Резистор R57 подстроечный под отвертку для подстройки минимального напряжения например 7 вольт.