Довольно часто в бытовых условиях мы сталкиваемся с необходимостью сварки каких-либо элементов из черного металла.
Как известно, фабричные сварочные инверторы стоят недешево, потому многие доморощенные мастера на все руки принимаются самостоятельно конструировать сварочный аппарат из деталей старых телевизоров.
{reklama1}
Рассмотрим этапы создания своими руками наиболее простого и доступного сварочного инвертора, в котором применяются самые распространенные узлы и элементы. Выбирая между конструкцией на инверторной основе или со сварочным трансформатором, остановимся на первом варианте, так как для сварочного трансформатора характерны немалая величина, большое количество провода из меди и наличие тяжелого магнитопровода, что многие попросту не могут себе позволить. Напротив, электронные детали старого телевизора для инвертора достать не так затруднительно, они обойдутся гораздо дешевле.
Общие характеристики сварочного аппарата из старых телевизоров
На рис. 1 представлена схема работы простого однокатного инвертора, преимуществом которого является отсутствие труднодоступных деталей и элементарность конструкции; для изготовления аппарата взято множество радиоэлементов от старых телевизоров. К тому же такое устройство практически не нуждается в настройке.
Этот сварочный аппарат из деталей телевизора имеет такие характеристики:
- Максимум потребляемого тока от сети — 20 А.
- Предел регулировки сварочного тока — 40-130 А.
- Максимум напряжения на холостом ходу на электроде — 90 В.
- Напряжение в сети переменного тока 50 Гц частотой — 220 В.
- Наибольший возможный диаметр рабочего электрода — 3 мм.
- Длительность нагрузки при окружающей температуре 25 градусов и выходном токе 100 А — 60%; при 130 А — 40%.
- Размеры сварочного аппарата составляют 35×18×10,5 см.
- Вес конструкции (без учета электродержателя и кабелей) — 5500 г.
- Сварочный ток постоянный, регулировка плавная.
Напряжение запускается кнопкой, которая располагается на электродержателе, что, в свою очередь, позволяет применять увеличенное напряжение зажигания дуги и повышать электробезопасность, а также напряжение на электроде выключается автоматом, если отпустить электродержатель. Увеличенное напряжение дает возможность облегчить зажигание дуги и обеспечить постоянство горения.
При помощи этого аппарата можно соединять детали из тонких листов металла, потому как происходит применение сварочного постоянного тока одновременно с противоположной полярностью напряжения сварки.
Составные части сварочного инвертора
Напряжение в электросети выпрямляется посредством использования диодного моста VD1-VD-4. Прямой ток, минуя лампу HL1, приступает к зарядке C5 конденсатора. Лампа необходима для ограничения зарядного тока. Приступать непосредственно к сварке можно только тогда, когда перестанет гореть лампа HL1. В то же время зарядка доходит до конденсаторов батареи C6-C17 по дросселю L1. Если горит светодиод HL2, то сварочный аппарат из деталей телевизора подключен к сети. В это время тринистор VS1 все еще закрыт.
Если нажимается кнопка SB1, происходит запуск импульсивного генератора, в основе которого лежит транзистор с одним переходом VT1. Генераторные импульсы вызывают открытие транзистора VS2, который стимулирует открытие параллельно подключенных тринисторов VS3-VS7. Посредством первичной обмотки трансформатора Т1 и дросселя L2 происходит разрядка конденсаторов C6-C17.
Цепочка из конденсаторной группы С6-С17, первичной обмотки трансформатора и Т1 и дросселя L2 в сумме образует колебательный контур. В тот момент, когда в этом контуре ток меняет свое направление, он протекает по диодам VD8, VD9, а до последующего генераторного импульса на транзисторе VT1 происходит закрытие тринисторов VS3-VS7, после чего цикл повторяется.
Тринистор VS1 открывается благодаря импульсам, которые возникают на обмотке 3-го трансформатора T1. Тринистор VS1 непосредственно соединяет выпрямитель сети на диодах VD1-VD4 с преобразователем тринисторов. В качестве индикатора генерации напряжения импульсов выступает светодиод HL3. Диоды VD11-VD34 необходимы для выпрямления сварочного напряжения, в то время как С19-С24 предназначаются для его сглаживания, делая зажигание сварочной дуги более легким и плавным.
В качестве выключателя SA1 можно использовать переключатель пакетного или другого типа, который сможет выдержать ток минимум 16 А. Конденсатор С5 в процессе выключения замыкается секцией SA1.3 на резисторе R6, который мгновенно разряжается, что, в свою очередь, дает возможность безопасно осматривать и ремонтировать аппарат для сварки. Узлы конструкции охлаждаются благодаря работе вентилятора ВН-2. Использовать вентиляторы с меньшей мощностью не стоит, иначе потребуется монтировать несколько таких. В качестве конденсатора С1 используется произвольный, предназначающийся для функционирования в условиях переменного напряжения 220 В.
Диоды VD1-VD4 должны предназначаться для минимального тока 16 А и противоположного напряжения минимум 400 В. Они монтируются на алюминиевые уголковые теплоотводные пластинки габаритами 6×1,5 см и толщиной 0,2 см. Одиночный конденсатор С5 возможно заменить батареей, состоящей из нескольких подключенных параллельно, рассчитанных на минимальное напряжение в 400 В.
Дроссель L1 выполняется на магнитопроводе ПЛ из стали размером 12,5×25-45. Сгодится и другой магнитопровод с аналогичным или большим сечением, в окне которого сможет поместиться обмотка, которая включает 175 витков провода ПЭВ-2 сечением 1,32. Категорически запрещено применять провод с меньшим диаметром! У магнитопровода должна соблюдаться следующая характеристика: немагнитное отверстие должно составлять 0,3-0,5 мм. Индуктивность дросселя должна находиться в пределе 40+10 мкГн.
У конденсаторов С6-С24 должен быть небольшой тангенс угла диэлектрической потери, а у С6-С17 вдобавок и сварочное напряжение 1000 В. Лучше всего прибегнуть к использованию конденсатора К78-2, которые служили деталью старых телевизоров. Возможно применение других, более популярных конденсаторов сходной группы с иной емкостью, достигающих в сумме той емкости, которая обозначена в схеме. Не стоит применять бумажные и прочие конденсаторы, которые предназначены для работы в цепях с низкими частотами, поскольку они в большинстве своем ведут к быстрой поломке самодельного сварочного аппарата.
Подборка тринисторов
В идеале используйте тринисторы КУ221 (VS2-VS7), на которых значится буквенный индекс А (можно также Б или Г). Практикой доказано, что в процессе работы сварочного аппарата тринисторовые катодные выводы сильно нагреваются, вследствие чего может деформироваться пайка на плате или тринисторы вовсе перестанут функционировать. Можно увеличить надежность путем надевания на катодные выводы трубочек-пистонов, выполненных из медной луженой фольги 0,1-0,12 мм толщиной, или же использовать бандажи в форме спирали из луженой медной проволоки 0,2 мм толщиной, после чего сделать пайку по всей поверхности. Трубка-пистон или бандаж должны закрывать вывод катода по всей поверхности вплоть до основания. Во избежание перегрева тринистора пайку нужно осуществлять быстро.
Некоторые могут задаться вопросом: почему не заменить несколько тринисторов с малой мощностью на один достаточной мощности? Такую замену теоретически совершить можно, если вы используете прибор, который превосходит (или, по крайней мере, равен) по показателям частоты тринисторам КУ221А. Но в числе легкодоступных (ТЧ или ТЛ) таковых не бывает. Кроме того, есть сведения, что один тринистор с большой мощностью является не таким надежным, как несколько подключенных параллельным способом, потому что они лучше отводят тепло. Достаточно монтировать несколько тринисторов на одной теплоотводящей пластинке с минимальной толщиной 3 мм.
Резисторы R14-R18 (С5-16 В), уравнивающие ток, имеют свойство сильно нагреваться в процессе сварки, поэтому перед их установкой нужно убрать с них чехол, сделанный из пластмассы, посредством обжига или нагрева. Диоды VD8 и VD9 монтируются на теплоотводе рядом с тринисторами, при этом между диодом VD9 и теплоотводом устанавливается прокладка, выполненная из слюды. Обязательно нужно использовать теплопроводящий гель.
Дроссель L2 имеет вид спирали без каркаса, состоящей из 11 витков провода, толщина которого минимум 4 мм2. В процессе сварки дроссель имеет свойство сильно нагреваться, потому, наматывая спираль, требуется оставить промежуток между витками в пределах 1-1,5 мм. Дроссель требуется расположить таким образом, чтобы он попадал в поток воздуха, создаваемый вентилятором.
Монтаж обмоток на магнитопроводе
Трансформаторный магнитопровод Т1 формируется из собранных вместе трех магнитопроводов ПК 3×1,6, выполненных из феррита 3000НМС-1 (на них выполнялись строчные трансформаторы для старых телевизоров). Первый и второй слой обмотки делятся на 2 группы (рис. 2). Первый слой обмотки содержит в себе 2×4 витков, второй — из 2×2 витков.
Группы наматываются на заранее подготовленную оправку из дерева. От случайного раскручивания витков предохраняет пара бандажей, выполненных из медной луженой проволоки толщиной 0,8-1 мм. По ширине бандаж должен быть 1-1,1 см. Под каждым бандажом должна быть электрокартонная подкладка. Бандажи после установки пропаиваются. Необходимо учитывать, что в самом агрессивном тепловом режиме будет работать обмотка I. Потому в процессе ее накручивания и сборки между витками необходимо оставлять воздушные промежутки, устанавливая между витками небольшие стеклотекстолитные вставки, на которые предварительно нанесен теплостойкий клеевой раствор. Запомните, чем больше воздушных промежутков будет в обмотке, тем лучше будет проходить отведение тепла из трансформатора.
{reklama2}
Монтаж обмоток на магнитопроводе проходит в четкой последовательности, чтобы обеспечить корректное функционирование выпрямителя VD11-VD32. Если на трансформатор смотреть сверху, то намотка обмотки I должна идти против часовой стрелки. Верхний вывод подключается к дросселю L2.
К основанию сварочного аппарата трансформатор крепится с помощью трех скобок, сделанных из медной или латунной проволоки 3 мм толщиной. Аналогичными скобками необходимо зафиксировать все детали магнитопровода. Перед тем как монтировать трансформатор, необходимо установить электрокартонные прокладки 0,2-0,3 мм толщиной в каждый из трех групп магнитопровода.
Конструкция сварочного выпрямителя
Сварочный выпрямитель выполнен как обособленный блок, имеющий форму этажерки (рис. 3). Он сконструирован таким образом, что каждая из диодных пар VD11-VD34 помещается между парой теплоотводящих пластин 4,4×4,2 см и толщиной 0,1 см, сделанных из алюминия. Конструкция блока стягивается двумя парами резьбовых шпилек из стали 0,3 см в сечении между парой фланцев 0,2 см толщиной, к которым крепятся с помощью винтов 2 платы, которые образуют выводы выпрямителя.
В этой конструкции все диоды имеют одинаковую ориентацию (см. рис. 4) и впаиваются выводами в зазоры платы, которая играет роль общего плюсового вывода выпрямителя и агрегата в общем. Анодные диодные выводы впаиваются в зазоры второй платы, на которой формируется два комплекта выводов, присоединяющихся к трансформаторной обмотке II, как показано на схеме.
Конденсаторы С2-С4, С6-С18, все резисторы (за исключением R1-R6), тринисторы VS2-VS7, транзистор VT1, диоды VD8-VD10, стабилитроны VD5-VD7 устанавливаются на печатной плате, при этом диоды VD8, VD9 и тринисторы монтируются на теплоотводе, который привинчивается к плате. Материалом для платы служит фольгированный стеклотекстолит 1,5 мм толщиной. Схема платы представлена на рис. 5. Масштаб рисунка составляет 1:2, но разметить плату не составляет труда даже без фотоувеличительных средств.
Не требуется абсолютной точности разметки и проделывания отверстий на плате, но учитывайте, что отверстия платы должны совпасть с отверстиями в теплоотводящей пластинке.
