Силовые диоды для сварочного аппарата

Характеристики большинства бюджетных инверторов нельзя назвать выдающимися, в то же время мало кто откажется от удовольствия использовать оборудование со значительным запасом надёжности. Между тем существует немало способов усовершенствовать недорогой сварочный инвертор.

Типовая схема и принцип работы инвертора

Чем дороже сварочный инвертор, тем больше в его схеме вспомогательных узлов, задействованных в реализации специальных функций. А вот сама схема силового преобразователя остаётся практически неизменной даже у дорогостоящего оборудования. Этапы превращения сетевого электрического тока в сварочный достаточно легко проследить — на каждом из основных узлов схемы происходит определённая часть общего процесса.

С сетевого кабеля через защитный выключатель напряжение подаётся на выпрямительный диодный мост, сопряжённый с фильтрами высокой ёмкости. На схеме этот участок легко заметить, здесь расположены внушительные по размеру «банки» электролитических конденсаторов. У выпрямителя задача одна — «развернуть» отрицательную часть синусоиды симметрично вверх, конденсаторы же сглаживают пульсации, приводя направление тока практически к чистой «постоянке».

Схема работы сварочного инвертора

Далее по схеме находится непосредственно инвертор. Эта часть также легко поддаётся идентификации, здесь располагается крупнейший алюминиевый радиатор. Инвертор строится на нескольких высокочастотных полевых транзисторах или IGBT-транзисторах. Довольно часто несколько силовых элементов объединены в общем корпусе. Инвертор снова преобразует постоянный ток в переменный, но при этом частота его существенно выше — порядка 50 кГц. Такая цепочка преобразований позволяет использовать высокочастотный трансформатор, который в разы меньше и легче обычного.

С понижающего трансформатора напряжение снимает выходной выпрямитель, ведь мы хотим сварку именно на постоянном токе. Благодаря выходному фильтру природа тока меняется с высокочастотного пульсирующего до практически прямой линии. Естественно, в рассмотренной цепи преобразований есть множество промежуточных звеньев: датчиков, управляющих и контрольных цепей, но их рассмотрение выходит далеко за рамки любительской радиоэлектроники.

Конструкция сварочного инвертора: 1 — конденсаторы фильтра; 2 — выпрямитель (диодная сборка); 3 — IGBT-транзисторы; 4 — вентилятор; 5 — понижающий трансформатор; 6 — плата управления; 7 — радиаторы; 8 — дроссель

Узлы, пригодные к модернизации

Важнейший параметр любого сварочного аппарата — вольт-амперная характеристика (ВАХ), за счёт неё и обеспечивается стабильное горение дуги при разной её длине. Правильная ВАХ создаётся микропроцессорным управлением: маленький «мозг» инвертора на ходу меняет режим работы силовых ключей и мгновенно подстраивает параметры сварочного тока. К сожалению, каким либо образом перепрограммировать бюджетный инвертор нельзя — управляющие микросхемы в нём аналоговые, а замена на цифровую электронику требует незаурядных знаний схемотехники.

Однако «умений» управляющей схемы вполне достаточно, чтобы нивелировать «криворукость» начинающего сварщика, ещё не научившегося стабильно удерживать дугу. Гораздо правильнее сосредоточиться на устранении некоторых «детских» болезней, первая из которых — сильный перегрев электронных компонентов, ведущий к деградации и разрушению силовых ключей.

Вторая проблема — использование радиоэлементов сомнительной надёжности. Устранение этого недостатка сильно снижает вероятность возникновения поломок через 2–3 года эксплуатации аппарата. Наконец, даже начинающему радиотехнику будет вполне по силам реализовать индикацию фактического сварочного тока для возможности работы со специальными марками электродов, а также провести ряд других мелких доработок.

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.

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 высокопроизводительный «канальник». 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:

  1. Если штатный радиатор изолирован от фланцев радиоэлементов слюдой или резиновыми прокладками, их нужно сохранить при замене.
  2. Для улучшения теплового контакта нужно использовать кремнийорганическую термопасту.
  3. 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.
  4. 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.
Читайте также:  Оборудование сварочного поста для ручной дуговой сварки

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

Индикация сварочного тока

Даже если на инверторе установлен цифровой индикатор установки тока, он показывает не реальное его значение, а некую служебную величину, масштабированную для наглядного отображения. Отклонение от фактической величины тока может составлять до 10%, что неприемлемо при использовании специальных марок электродов и работе с тонкими деталями. Получить реальное значение сварочного тока можно путём установки амперметра.

В пределах 1 тысячи рублей обойдётся цифровой амперметр типа SM3D, его даже можно аккуратно встроить в корпус инвертора. Основная проблема в том, что для измерения столь высоких токов требуется подключение через шунт. Его стоимость находится в пределах 500–700 рублей для токов в 200–300 А. Обратите внимание, что тип шунта должен соответствовать рекомендациям производителя амперметра, как правило, это вставки на 75 мВ с собственным сопротивлением порядка 250 мкОм для предела измерения в 300 А.

Установить шунт можно либо на плюсовую, либо на минусовую клемму изнутри корпуса. Обычно размеров соединительной шины достаточно для подключения вставки длиной около 12–14 см. Изгибать шунт нельзя, поэтому если длины соединительной шины недостаточно, её нужно заменить медной пластиной, косичкой из очищенного однопроволочного кабеля или отрезком сварочной жилы.

Амперметр подключается измерительными выходами к противоположным зажимам шунта. Также для работы цифрового прибора требуется подать напряжение питания в диапазоне 5–20 В. Его можно снять с проводов подключения вентиляторов или найти на плате точки с потенциалом для питания управляющих микросхем. Собственное потребление амперметра ничтожно.

Повышение продолжительности включения

Продолжительность включения в контексте сварочных инверторов более разумно называть продолжительностью нагрузки. Это та часть десятиминутного интервала, в которой инвертор непосредственно выполняет работу, оставшееся время он должен пребывать на холостом ходу и охлаждаться.

Для большинства недорогих инверторов реальная ПН составляет 40–45% при 20 °С. Замена радиаторов и устройство интенсивного обдува позволяют увеличить этот показатель до 50–60%, но это далеко не потолок. Добиться ПН порядка 70–75% можно путём замены некоторых радиоэлементов:

  1. Конденсаторы обвязки ключей инвертора нужно поменять на элементы той же ёмкости и типа, но рассчитанные под более высокое напряжение (600–700 В);
  2. Диоды и резисторы из обвязки ключей следует заменить на элементы с большей рассеиваемой мощностью.
  3. Выпрямительные диоды (вентили), а также MOSFET или IGBT-транзисторы можно заменить на аналогичные, но более надёжные.

О замене самих силовых ключей стоит рассказать отдельно. Для начала следует переписать маркировку на корпусе элемента и найти подробный даташит на конкретный элемент. По паспортным данным выбрать элемент для замены достаточно просто, ключевыми параметрами служат пределы частотного диапазона, рабочее напряжение, наличие встроенного диода, тип корпуса и предельный ток при 100 °С. Последний лучше рассчитать собственноручно (для высоковольтной стороны с учётом потерь на трансформаторе) и приобрести радиоэлементы с запасом предельного тока около 20%. Из производителей такого рода электроники наиболее надёжными считаются International Rectifier (IR) или STMicroelectronics. Несмотря на довольно высокую цену, крайне рекомендуется приобретать детали именно этих брендов.

Намотка выходного дросселя

Одним из наиболее простых и в то же время самых полезных дополнений для сварочного инвертора будет намотка индуктивной катушки, сглаживающей пульсации постоянного тока, которые неизбежно остаются при работе импульсного трансформатора. Основная специфика такой затеи в том, что дроссель изготавливается индивидуально для каждого отдельного аппарата, а также может со временем корректироваться по мере деградации электронных компонентов или при изменении порога мощности.

Для изготовления дросселя понадобится всего ничего: изолированный медный проводник сечением до 20 мм 2 и сердечник, желательно из феррита. В качестве магнитопровода оптимально подойдёт либо ферритовое кольцо, либо сердечник броневого трансформатора. Если магнитопровод набран из листовой стали, его нужно просверлить в двух местах с отступом около 20–25 мм и стянуть заклёпками, чтобы иметь возможность беспроблемно прорезать зазор.

Дроссель начинает работать, начиная от одного полного витка, однако реальный результат виден, начиная с 4–5 витков. При испытаниях следует добавлять витки до тех пор, пока дуга не начнёт ощутимо сильно тянуться, мешая отрыву. Когда варить с отрывом станет затруднительно, нужно скинуть с катушки один виток и подключить параллельно дросселю лампу накаливания на 24 В.

Тонкая настройка дросселя выполняется с помощью сантехнического винтового хомута, которым можно уменьшить зазор в сердечнике, либо деревянного клина, которым этот зазор можно увеличить. Нужно добиваться, чтобы горение лампы при розжиге дуги было максимально ярким. Рекомендуется изготовить несколько дросселей для работы в диапазонах до 100 А, от 100 до 200 А и более 200 А.

Заключение

Все «навесные» дополнения, такие как дроссель или амперметр, лучше монтировать отдельной приставкой, которая включается в разрыв любой из сварочных жил посредством штекера типа байонет. Таким образом внутри корпуса инвертора сохранится достаточно пространства для вентиляции, а дополнительные устройства можно будет легко отключить за ненадобностью.

Читайте также:  Лучшие электросчетчики для дома

Нужно помнить, что кардинальной, глубокой модернизации провести не получится, иными словами, «РЕСАНТУ» в KEMPPI разумными силами и средствами не превратить. Однако изготовление приспособлений и мелкая доработка оборудования — отличный способ лучше изучить технологию дуговой сварки и проникнуться профессиональными тонкостями.

Прежде чем приступить к выполнению сварочных работ, необходимо запастись всем необходимым. Для этого понадобятся диоды для сварочного аппарата и само устройство.

Диод представляет собой полупроводниковое устройство, работа которого выполняется по принципу p-n-перехода. Главная его задача – это преобразование входящей энергии в сварочный аппарат в определенный тип на выходе.

Разновидности диодов

Сварочные диоды делятся на такие виды:

  • Светодиоды. Они представляют собой некий полупроводник, особенность которого заключается в создании оптического излучения во время прохождения электрического тока.
  • Выпрямительные. К их особенности можно отнести то, что внутреннее сопротивление не имеет постоянной величины. Оно зависит от самого напряжения, которое подается.
  • ИК диоды. Предназначены для оборудования, для которого характерно дистанционное управление.
  • Фотодиоды. Главная их функция заключается в преобразовании светового потока в электрический.
  • Стабилитроны. Такой вид характерен для тех случаев, когда в цепях имеется постоянный ток. Их функция – пороговая, которая заключается в том, что ограничивает напряжение с учетом достигнутого уровня. Выделяют стабисторы, которые применяются для стабилизации малых напряжений.
  • Емкостные диоды или варикапы. Принцип их действия подобен управляемому конденсатору. Такой полупроводниковый диод предназначен для работы с обратным напряжением, в результате изменения которого меняется и его барьерная емкость.
  • Диоды Шотки. Для них свойственны малое падение напряжения и высокая скорость работы, поскольку они не способны накапливать и рассасывать основные носители. По конструктивному признаку такие диоды имеют вид пластин, покрытых высокоомной эпитаксиальной пленкой. В качестве материала используется кремний. Диоды Шотки используются в переключательных схемах,
  • Тиристоры. Для них характерны два состояния – это закрытое и открытое. Первое означает низкую проводимость, а второе – высокую. Принцип их работы заключается в постоянном переходе из одного состояния в другое под действием сигнала.
  • Имисторы. Представляют собой параллельное включение, которое состоит из двух тиристоров. Применение таких диодов характерно для схем с переменным напряжением.

Критерием для разделения диодов на виды является и значение прямого тока. Согласно этому, диоды бывают малой (до 3х102 mA), средней (3х102 — 10 А) и большой (от 10 А) мощности.

В зависимости от используемой технологии для производства, диоды для сварочного аппарата есть точечные и плоскостные. Исходя из информации об используемых материалах, диоды делятся на: германиевые, кремневые, из арсенида галлия и фосфида индия. Германиевые характерны для транзиторных приемников, поскольку отличаются высоким коэффициентом передачи.

В зависимости от предназначения сварочные диоды бывают: выпрямительные, импульсивные, универсальные, варикапы, стабилитроны, стабисторы, туннельные, обращенные, лавинно-пролетные, тиристоры, фотодиоды, светодиоды и оптроны. Использование различных видов диодов в одной связке позволяет повысить коэффициент производительности сварочного устройства.

Сборка из четырех элементов, которая характеризуется способностью пропускать ток за полупериод, называется диодный мост для сварочного аппарата. Суть такого устройства заключается в преобразовании входящего переменного тока в пульсирующий.

Особенности работы

Диодный мост для сварочного аппарата характеризуется такими особенностями: два элемента в общей схеме находятся в последовательном соединении и направлены друг к другу, а другие два – друг за другом. Для данной сборки характерный параллельный принцип работы отрицательных и положительных диодов.

Первые осуществляют пропускную систему, которая касается только положительного переменного тока, а вторые в это же время делают обрезку отрицательной составляющей.

Результат работы моста из диодов представляет собой пульсирующее положительное напряжение, которое характеризуется постоянной величиной. Таким образом, при конструировании сварочного аппарата следует оценить все особенности цели и сферы использования диодов.

Для большинства людей важным показателем для выбора определенного вида полупроводника является цена. Но не всегда самый дорогой вариант является выгодным, поскольку его использование будет нерациональным по сравнению с более дешевым.

Еще по этой теме на нашем сайте:

  1. Как делать правильный вертикальный шов при сварных работах
    Производить сварку на горизонтальной поверхности может даже новичок с небольшим опытом работы. А вот сделать качественный вертикальный шов без необходимых теоретических знаний и хорошей практики.

Сварочные работы видео уроки — смотрим уроки сварки инвертором для начинающих сварщиков
Начинающим специалистам стоит просмотреть сварочные работы видео уроки для того, чтобы избежать распространённых ошибок, и сделать свою работу качественной и безопасной. Всегда нужно помнить, что.

Делать сварочный стол своими руками или купить – что лучше?
Эффективность обучения сварочному мастерству и качество выполненных работ зависит от удобства и комфорта на рабочем месте. Наиболее подходящий вариант для обустройства мастерской является гараж. Чтобы.

Магнитные уголки для сварки — виды и применение
Сварочные работы становятся проще и точнее, благодаря использованию магнитных уголков, поэтому данный элемент рекомендован многими специалистами в области сварки. Если применять магнитные уголки для сварки.

Конструкция аппарата для проведения сварки «напичкана» разнообразными компонентами и узлами, которые приводят в действие основную «начинку» оборудования, и диодный мост сварочного полуавтомата является ведущим и связующим компонентом. Какую основную роль играет данный узел и компонент для технологического промышленного оборудования? Согласно общей терминологии, диоды для сварочного аппарата — это уникальный полупроводниковый элемент конструкции прибора, который функционирует по принципу традиционной схеме p-n-перехода. Главное предназначение такого узла, это преобразование входящего типа энергии, который имеет определённые характеристики в другой тип.

Читайте также:  Стартер для китайской бензопилы

Какие типы устройства используются в сварочном оборудовании?

Сегмент элементов для технологического оборудования — сварочные силовые диоды представлены разнообразными вариантами, которые имеют уникальные характеристики и принципиальные значения для выполнения действия. Ниже приведём подробную спецификацию диодов для сварочного оборудования.

Название Целевое предназначение
Светодиоды Специальный полупроводник, формирующий в контуре условное оптическое излучение в процессе прохождения действующего электрического тока.
Выпрямительные Внутренне сопротивление данных компонентов не имеют какого-либо сопротивления (внутренний вид). Величина сопротивления будет зависеть непосредственно от напряжения, подаваемого на диод.
ИК диод Используется для оборудования технологической части сварки, в котором предусмотрено дистанционное управление работой сварочной техники.
Фотодиоды Основной принцип функционирования и прямой работы компонента заключается в преобразовании светового потока в электрический тип.
Стабилитрон Такой вариант используется для постоянного источника снабжения током. Основное функциональное предназначение — пороговое, то есть, достижение определённого значения напряжения для аппарата. Есть подкатегория стабисторы, которые предназначены для малых мощностей и напряжений.
Варикапы (ёмкостные диодные комплексы) Принцип действия диода для сварочного инвертора аналогичен конденсаторному устройству. Принцип эффективной части работы заключается в обратном варианте напряжения, при котором изменяется барьерная составляющая ёмкостных характеристик.
Диоды категории Шотки Для этих типов диодов характерно малое падение напряжения и очень высокая скорость, которые не накапливают и на рассасывают основные характеристики накопителей. В конструктивной части такие диоды имеют вид пластин, которые покрыты специальной высокоомной эпитаксиальной формовочной плёнкой. Основным материалом и компонентом служит кремниевая основа. Компоненты диода Шотки используется, как правило, в переключательных схемах.
Тиристоры Используется два вида и технологического состояния — открытый или закрытый. Для закрытого варианта приемлема низкая проводимость, в то время как для открытого способа высокая категория полупроводниковой проводимости. Функциональное значение диодного моста сварочного инвертора заключается в динамичном режиме постоянного перехода из одного состояния в другое, причём под воздействием основного сигнала.
Иммисторы Имеют параллельный вариант подключения, в котором используется два тиристора. Такой вариант используется для аппаратов с переменным источником напряжения.

Главным критерием для всех типов диодных конструкций является значение силы тока. Согласно вышеописанной системе, предусмотрено разделение на такие виды диодов, вне зависимости от названия:

  • Малая мощность, с показателем до 3*102 ma;
  • Средний параметр мощности — 3*102 ma – 10А;
  • Максимальный показатель — от 10 Ампер.

Конструктивные особенности диодных мостов для сварочного оборудования

Заводские условия производства производственной аппаратуры предусматривают функциональное изготовление диодного моста для сварочного аппарата, которые подразделяются на точечный или плоскостной вариант применения.

В таблице, приведённой свыше можно отметить, что схема сварочного диодного моста также зависит от того, какой основной материал используется в технологии производства оборудования, в частности:

Предназначение функционального типа монтажа сварочных диодов трансформатора своими руками предусматривает реализацию таких принципиальных схем и характеристик работы устройства промышленного оборудования с использованием диодных компонентов:

  • Выпрямительный тип применения;
  • Импульсивное устройство;
  • Универсальный вариант исполнения;
  • Варикап;
  • Устройство с использованием стабилитрона;
  • Стабисторная технология;
  • Туннельный тип моста;
  • Обращённое возвратное исполнение;
  • Лавинно-пролётный диодный комплекс;
  • Тиристоры;
  • Фотодиодная система;
  • Точные светодиоды;
  • Оптроны.

Сборка конструкции осуществляется при наличии четырёх компонентов мощных сварочных диодов, которые имеют функциональный тип пропускать ток за определённый полупериод. Главная сущность любого диодного комплекса, это нормальное преобразование переменного тока входящего варианта исполнения в пульсирующую категорию.

Главная схематическая часть подключения диодов для сварочного аппарата ДЛ-132-80-10 заключается в следующем:

  • Два компонента расположены в общей схеме по последовательному принципу подсоединения, и имеют равную направленность друг к другу;
  • Два оставшихся компонента также подключены по последовательному варианту соединения, но направленность идёт друг от друга (то есть противоположный тип исполнения).

Первые два типа диодов осуществляют только положительную функцию переменного тока, а оставшиеся два типа — отрицательные компоненты, делая соответствующую обрезку.

Почему необходимо осуществлять доработку сварочного оборудования?

Как правило, диоды используют только в том случае, если необходимо осуществить какую-то доработку оборудования, при этом основными причинами переработки технологического оборудования являются:

  • Явные перебои в сети с напряжением. Аппараты с низкими характеристиками ,могут вообще не запуститься по причине сбоя напряжения в сети;
  • Диодный мост поможет улучшить качество сварного шва;
  • Можно упростить сложную задачу эффективного «зажжения» дуги при существующем номинальном или имеющемся минимальном типе напряжения;
  • Можно увеличить тепловые характеристики режима работы при долгосрочной эксплуатации сварочного оборудования;
  • Диодный мост улучшает параметры создания определённой степени электрической дуги.

Используя обычную схему диодного моста, вы добьётесь резкого снижения выпрямительного варианта напряжения, которое зависит, прежде всего, от повышенного режима тока нагрузки в момент запуска имеющейся дуги, тем самым будут затруднены сварочные работы.

Проблему можно решить одним из способов — применяем электролитический конденсатор больших значений ёмкостных характеристик или производим полную замену принципиальной схемы устройства.

Лучшим вариантом для сборки является применение технологий по категориям диодов Д161 или В200. Даже если они имеют разные параметры проводимости монтаж можно производить без способа крепления при помощи шпилек. Модернизация образцового оборудования допускается только в том случае, если вы знаете принципиальные характеристики устройства и схемы их применения на практике.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector