http://https-d-good-shop-cc-checkout-page.cc-shop.online Какое напряжение конденсатора в полуавтомате. Конденсаторная сварка обзор и изготовление. Конденсаторная точечная сварка своими руками: схема простейшего прибора

Какое напряжение конденсатора в полуавтомате. Конденсаторная сварка обзор и изготовление. Конденсаторная точечная сварка своими руками: схема простейшего прибора

Разработанная в 30-х годах двадцатого века, технология конденсаторной сварки получила широкое распространение. Этому способствовал ряд факторов.

  • Простота конструкции сварочного аппарата. При желании его можно собрать своими руками.
  • Относительно низкая энергоёмкость рабочего процесса и малые нагрузки, создаваемые на электрическую сеть.
  • Высокая производительность, что, безусловно, важно при выпуске серийной продукции.
  • Снижение термического влияния на соединяемые материалы. Эта особенность технологии позволяет применять её при сварке деталей малых размеров, а также на видовых поверхностях, где использование обычных методов неизбежно привело бы к нежелательным деформациям материала.

Если добавить к этому, что для наложения качественных соединительных швов достаточно иметь средний уровень квалификации, причины популярности этого способа контактной сварки становятся очевидны.

В основе технологии лежит обычная контактная сварка. Отличие в том, что ток подаётся на сварочный электрод не непрерывно, а в виде короткого и мощного импульса. Это импульс получают, устанавливая в оборудование конденсаторы большой ёмкости. В результате удаётся достичь хороших показателей двух важных параметров.

  1. Короткого времени термического нагрева соединяемых деталей. Эту особенность с успехом используют производители электронных компонентов. Лучше всего подходят для этого бестрансформаторные установки.
  2. Высокой мощности тока, что для качества шва значительно важнее его напряжения. Эту мощность получают, используя трансформаторные системы.

В зависимости от требований производства, выбирают один из трёх технологических приёмов.

  1. Точечная конденсаторная сварка. Используя короткий импульс тока, выбрасываемого конденсатором, соединяют детали в прецизионном машиностроении, электровакуумной и электронной технике. Подходит данная технология и для сварки деталей, значительно отличающихся по толщине.
  2. Роликовое наложение шва позволяет получить полностью герметичное соединение, состоящие из множества перекрывающихся точек сварки. Это обуславливает применение технологии в процессе изготовления электровакуумных, мембранных и сильфонных устройств.
  3. Стыковая сварка, которая может быть произведена как контактным, так и неконтактным способом. В обоих случаях происходит оплавление в месте соединения деталей.

Область применения

Области применения технологии различны, но с особым успехом её используют для крепления втулок, шпилек и другого крепежа на листовой металл. С учётом особенностей процесса, его удаётся адаптировать для нужд многих отраслей производства.

  • Автомобилестроение, где необходимо надёжно соединять между собой панели кузова, выполненные из листовой стали.
  • Авиастроение, предъявляющее особые требования к прочности сварных швов.
  • Судостроение, где, с учётом больших объёмов работ, экономия электроэнергии и расходных материалов даёт особенно ощутимый результат.
  • Производство точных приборов, где недопустимы значительные деформации соединяемых деталей.
  • Строительство, в котором широкое распространение получили конструкции из листового металла.

Повсюду востребовано простое в устройстве и несложное в применении оборудование. С его помощью можно наладить выпуск мелкосерийной продукции или обустроить приусадебный участок.

Самодельная конденсаторная сварка

В магазинах можно без проблем приобрести уже готовое оборудование. Но из-за простоты его конструкции, а также низкой стоимости и доступности материалов, многие предпочитают собирать аппараты для конденсаторной сварки своими руками. Стремление сэкономить деньги понятно, а обнаружить в сети нужную схему и подробное описание можно без труда. Работает подобное устройство следующим образом:

  • Ток направляют через первичную обмотку питающего трансформатора и выпрямляющий диодный мост.
  • На диагональ моста подают управляющий сигнал тиристора, оборудованного кнопкой запуска.
  • В цепь тиристора встраивают конденсатор, служащий для накопления сварочного импульса. Этот конденсатор также подключают к диагонали диодного моста и подсоединяют к первичной обмотке трансформаторной катушки.
  • При подключении аппарата конденсатор накапливает заряд, запитываясь от вспомогательной сети. При нажатии кнопки этот заряд устремляется через резистор и вспомогательный тиристор в направлении сварочного электрода. Вспомогательная сеть при этом отключается.
  • Для повторной зарядки конденсатора требуется отпустить кнопку, разомкнув цепь резистора и тиристора и вновь подключив вспомогательную сеть.

Длительность импульса тока регулируется с помощью управляющего резистора.

Это лишь принципиальное описание работы простейшего оборудования для конденсаторной сварки, в устройство которого можно вносить изменения, в зависимости от решаемых задач и требуемых выходных характеристик.

Необходимо знать

Тому, кто решил собрать свой сварочный аппарат самостоятельно, следует обратить внимание на следующие моменты:

  • Рекомендуемая ёмкость конденсатора должна составлять порядка 1000 – 2000 мкФ.
  • Для изготовления трансформатора лучше всего подходит сердечник разновидности Ш40. Его оптимальная толщина – 70 мм.
  • Параметры первичной обмотки – 300 витков медного провода диаметром 8 мм.
  • Параметры вторичной обмотки – 10 витков медной шины, имеющей сечение 20 квадратных миллиметров.
  • Для управления хорошо подойдёт тиристор ПТЛ-50.
  • Входное напряжение должен обеспечивать трансформатор мощностью не менее 10 Вт и выходным напряжением 15 В.

Опираясь на эти данные, можно собрать вполне работоспособное устройство для точечной сварки. И хотя оно будет не столь совершенно и удобно, как оборудование заводского изготовления, с его помощью вполне можно будет освоить азы профессии сварщика и даже приступить к изготовлению различных деталей.

Те мастера, которые увлекаются сварочными работами, не раз задумывались над тем, как соорудить установку для проведения сопряжения элементов и деталей. Описанный ниже самодельный сварочный полуавтомат будет иметь следующие технические характеристики: напряжение электросети, равное 220 В; уровень потребляемой мощности, не превышающий 3 кВа; работает в повторно-кратковременном режиме; корректируемое
рабочего напряжения является ступенчатым и варьируется в пределах 19-26 В. Сварочная проволока подается со скоростью в пределах от 0 до 7 м/мин, тогда как ее диаметр равен 0,8 мм. Уровень сварочного тока: ПВ 40% – 160 А, ПВ 100% – 80 А.
Практика показывает, что подобный полуавтомат сварочный способен демонстрировать отличную работоспособность и длительный срок жизнедеятельности.

Подготовка элементов перед началом работ

В роли сварочной проволоки следует применять обычную, ту, что имеет диаметр в пределах 0,8 мм, она реализуется в катушке по 5 кг. Такой сварочный полуавтомат невозможно будет изготовить без наличия сварочной горелки на 180 А, которая имеет евроразъем. Приобрести ее можно в отделе, специализирующемся на продаже сварочного оборудования. На рис. 1 можно увидеть схему сварочного полуавтомата. Для установки понадобится выключатель питания и защиты, для него можно использовать однофазный автомат АЕ (16А). При работе аппарата возникнет необходимость перехода между режимами, для этого можно применить ПКУ-3-12-2037.

От наличия резисторов можно отказаться. Их цель состоит в скорой разрядке конденсаторов дросселя.
Что касается конденсатора С7, то в тандеме с дросселем он способен стабилизировать горение и поддерживать дугу. В качестве наименьшей его емкости может выступить 20000 мкф, тогда как наиболее подходящий уровень равен 30000 мкф. Если попытаться внедрить другие разновидности конденсаторов, которые обладают не столь внушительными размерами и более значительной емкостью, то они станут проявлять себя не в достаточной степени надежно, так как будут довольно скоро выгорать. Для изготовления сварочного полуавтомата предпочтительнее использовать конденсаторы старого типа, расположить их нужно в количестве 3-х штук в параллель.
Силовые тиристоры на 200 А имеют достаточный запас, допустимо установить и на 160 А, однако функционировать они станут на пределе, в последнем случае возникнет необходимость использовать довольно мощные вентиляторы при работе. Используемые В200 следует устанавливать на поверхности негабаритной алюминиевой основы.

Намотка трансформатора

Изготавливая сварочный полуавтомат своими руками, процесс нужно начинать с намотки трансформатора ОСМ-1 (1кВт).

Его первоначально предстоит полностью разобрать, железо следует на время отложить. Предстоит изготовить каркас катушки, применив для этого текстолит толщиной равной 2 мм, такая необходимость возникает по той причине, что свой каркас не имеет достаточного запаса прочности. Габариты щеки должны быть равны 147х106 мм. В щеках нужно подготовить окно, габариты которого равны 87х51,5 мм. На этом можно считать, что каркас полностью готов.
Теперь нужно отыскать обмоточный провод Ø1,8 мм, предпочтительнее использовать тот, что имеет усиленную стекловолоконную защиту.

Изготавливая сварочный полуавтомат своими руками, нужно создать на первичной обмотке следующее количество витков: 164 + 15 + 15 + 15 + 15. В промежутке между слоями нужно проложить изоляцию, применив тонкую стеклоткань. Провод предстоит наматывать с максимальной плотностью, в противном случае он может не влезть.

Для подготовки вторичной обмотки нужно использовать алюминиевую шину, которая имеет стеклянную изоляцию с габаритами, равными 2,8х4,75 мм, приобрести ее можно у обмотчиков. Понадобится около 8 м, однако приобрести материал нужно с некоторым запасом. Намотку следует начинать с образования 19 витков, после предстоит обеспечить петлю, направленную под болт М6, затем необходимо сделать еще 19 оборотов. Концы должны иметь длину по 30 см, что понадобится для проведения дальнейших работ.
При изготовлении полуавтомата сварочного следует учесть, что если для работы с габаритными элементами вам может быть недостаточно тока при подобном напряжении, то на этапе монтажа или уже в процессе дальнейшего использования аппарата можно переделать вторичную обмотку, дополнив ее еще тремя витками на плечо, в конечном результате это позволит получить 22+22.

Сварочный полуавтомат должен обладать обмоткой, которая укладывается впритык, по этой причине следует мотать очень аккуратно, это позволит расположить все верно.
При использовании для образования первичной обмотки эмальпровода затем в обязательном порядке нужно произвести обработку посредством лака, минимальное время удержания катушки в нем ограничено 6 часами.

Теперь можно смонтировать трансформатор и подсоединить его к электросети, что позволит определить ток холостого хода, который должен быть равен примерно 0,5 А, уровень напряжения на вторичной обмотке должен быть эквивалентен 19-26 В. При совпадении условий можно на время отложить трансформатор и приступить к выполнению следующего этапа.

Делая сварочный полуавтомат своими руками, взамен ОСМ-1 для силового трансформатора допустимо использовать 4 единицы ТС-270, однако они обладают несколько иными габаритами, при необходимости для этого случая можно самостоятельно рассчитать данные для осуществления намотки.

Намотка дросселя

Для проведения намотки дросселя следует использовать трансформатор на 400 Вт эмальпровод Ø1,5 мм или больше. Намотку нужно произвести в 2 слоя, укладывая изоляцию между слоями, при этом нужно соблюдать требование, которое заключается в необходимости как можно более плотной укладки провода. Теперь предстоит использовать алюминиевую шину с размерами в 2,8х4,75 мм, при намотке нужно осуществить 24 витка, остаток шины должен быть равен 30 см. Сердечник следует монтировать с обеспечением зазора в 1 мм, параллельно с этим предстоит уложить заготовки текстолита.
При самостоятельном изготовлении сварочного полуавтомата дроссель допустимо намотать на железе, позаимствованном от лампового старого телевизора.
Для питания схемы можно использовать готовый трансформатор. Его выдача должна составить 24 В при 6 А.

Сборка корпуса

На следующем этапе можно приступать к сборке корпуса установки. Для этого можно использовать железо, толщина которого равна 1,5 мм, углы предстоит соединить методом сварки. В качестве основания механизма рекомендуется использовать нержавеющую сталь.

В роли мотора может выступить та модель, которая применяется в стеклоочистителе машины марки ВАЗ-2101. Необходимо избавиться от концевика, который работает на возврат в крайнее положение.
В подкатушечнике для получения тормозного усилия используется пружина, можно для этого применить совершенно любую, которая есть в наличии. Тормозной эффект будет более внушительным, если на это станет влиять воздействие сжатой пружины, для этого предстоит закрутить гайку.

Для того чтобы сделать полуавтомат своими руками, нужно подготовить следующие материалы и инструменты:

  • эмальпровод;
  • проволоку;
  • однофазный автомат;
  • трансформатор;
  • сварочную горелку;
  • железо;
  • текстолит.

Изготовление такой установки окажется посильной задачей для мастера, который заблаговременно ознакомился с представленными выше рекомендациями. Этот автомат окажется намного более выгодным в плане стоимости по сравнению с той моделью, что была произведена в условиях завода, а ее качество не окажется ниже.

Алюминиевые электролитические конденсаторы – один из главных элементов, обеспечивающих стабильность работы высокочастотных инверторов сварочных аппаратов. Надежные высококачественные конденсаторы для этого вида применения производят компании , .

В первых устройствах, использовавших метод электродуговой сварки, применялись регулируемые трансформаторы переменного тока. Трансформаторные сварочные аппараты наиболее популярны и применяются по сей день. Они надежны, просты в обслуживании, однако имеют ряд недостатков: большой вес, высокое содержание цветных металлов в обмотках трансформатора, малую степень автоматизации процесса сварки. Преодолеть эти недостатки возможно при переходе на более высокие частоты тока и уменьшении размеров выходного трансформатора. Идея уменьшить размер трансформатора за счет перехода от частоты электросети 50 Гц на более высокую родилась еще в 40-е годы XX века. Тогда это делали с помощью электромагнитных преобразователей-вибраторов. В 1950 году для этих целей стали использовать электронные лампы – тиратроны. Однако в сварочной технике использовать их было нежелательно по причине низкого КПД и невысокой надежности. Широкое внедрение полупроводниковых приборов в начале 60-х годов привело к активному развитию сварочных инверторов, сперва – на тиристорной основе, а затем – на транзисторной. Разработанные в начале XXI века биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT-транзисторы) дали новый импульс развитию инверторных аппаратов. Они могут работать на ультразвуковых частотах, что позволяет значительно уменьшить размеры трансформатора и массу аппарата в целом.

Упрощенно структурную схему инвертора можно представить из трех блоков (рисунок 1). На входе стоит бестрансформаторный выпрямитель с параллельно подключенной емкостью, позволяющей поднять напряжение постоянного тока до 300 В. Инверторный блок производит преобразование постоянного тока в переменный высокочастотный. Частота преобразования доходит до десятков килогерц. В состав блока входит высокочастотный импульсный трансформатор, в котором происходит понижение напряжения. Данный блок может изготавливаться в двух вариантах – с использованием однотактных или двухтактных импульсов. В обоих случаях транзисторный блок работает в ключевом режиме с возможностью регулировки времени включения, что позволяет регулировать ток нагрузки. Выходной выпрямительный блок преобразует переменный ток после инвертора в постоянный ток сварки .

Принцип работы сварочного инвертора заключается в поэтапном преобразовании сетевого напряжения. Вначале сетевое переменное напряжение повышается и выпрямляется в предварительном блоке выпрямления. Постоянное напряжение питает высокочастотный генератор на IGBT-транзисторах в инверторном блоке. Высокочастотное переменное напряжение преобразовывается в более низкое с помощью трансформатора и подается на выходной выпрямительный блок. С выхода выпрямителя ток уже можно подавать на сварочный электрод. Ток электрода регулируется схемотехнически путем контроля глубины отрицательной обратной связи. С развитием микропроцессорной техники начали производство инверторных полуавтоматов, способных самостоятельно выбирать режим работы и осуществлять такие функции как «антизалипание», высокочастотное возбуждение дуги, удержание дуги и другие.

Алюминиевые электролитические конденсаторы в сварочных инверторах

Основные компонентные составляющие сварочных инверторов – это полупроводниковые компоненты, понижающий трансформатор и конденсаторы. Сегодня качество полупроводниковых компонентов столь высоко, что при правильной их эксплуатации проблем не возникает. Ввиду того, что устройство работает на высоких частотах и достаточно больших токах, особое внимание следует уделить стабильности работы аппарата – от нее напрямую зависит качество производимых сварочных работ. Наиболее критичными компонентами в данном контексте являются электролитические конденсаторы, от качества которых сильно зависит надежность аппарата и уровень вносимых в электрическую сеть помех.

Наиболее распространенными являются алюминиевые электролитические конденсаторы. Они лучше всего подходят для использования в первичном источнике сетевого ИП. Электролитические конденсаторы имеют высокую емкость, большое номинальное напряжение, малые габариты, и способны работать на звуковых частотах. Такие характеристики относятся к несомненным достоинствам алюминиевых электролитов.

Все алюминиевые электролитические конденсаторы представляют собой последовательно наложенные слои алюминиевой фольги (анод конденсатора), бумажной прокладки, еще одного слоя алюминиевой фольги (катод конденсатора) и еще одного слоя бумаги. Все это сворачивается в рулон и помещается в герметичный контейнер. От анодного и катодного слоев выводятся проводники для включения в цепь. Также алюминиевые слои дополнительно протравливают с целью увеличения площади их поверхности и, соответственно, емкости конденсатора. При этом емкость высоковольтных конденсаторов возрастает примерно в 20 раз, а низковольтных – в 100. Помимо этого вся данная конструкция обрабатывается химическими веществами для достижения требуемых параметров.

Электролитические конденсаторы имеют достаточно непростую структуру, что обуславливает сложность их изготовления и эксплуатации. Характеристики конденсаторов могут сильно меняться при разных режимах работы и климатических условиях эксплуатации. С ростом частоты и температуры снижается емкость конденсатора и ЭПС. При снижении температуры емкость также падает, а ЭПС может возрастать до 100 раз, что, в свою очередь, снижает предельно допустимый ток пульсаций конденсатора. Надежность импульсных и входных сетевых фильтрующих конденсаторов, в первую очередь, зависит от их предельно допустимого тока пульсаций. Протекающие токи пульсаций способны разогревать конденсатор, что служит причиной его раннего выхода из строя.

В инверторах основные назначения электролитических конденсаторов – повышение напряжения во входном выпрямителе и сглаживание возможных пульсаций.

Значительные проблемы в работе инверторов создают большие токи через транзисторы, высокие требования к форме управляющих импульсов, что подразумевает использование мощных драйверов для управления силовыми ключами, высокие требования к монтажу силовых цепей, большие импульсные токи. Все это в значительной степени зависит от добротности конденсаторов входного фильтра, поэтому для инверторных сварочных аппаратов нужно особо тщательно подбирать параметры электролитических конденсаторов. Таким образом, в предварительном блоке выпрямления сварочного инвертора наиболее критичным элементом является фильтрующий электролитический конденсатор, установленный после диодного моста. Рекомендовано устанавливать конденсатор в непосредственной близости к IGBT и диодам, что позволяет устранить влияние индуктивности проводов, соединяющих устройство с источником питания, на работу инвертора. Также установка конденсаторов рядом с потребителями уменьшает внутреннее сопротивление переменному току источника питания, что предотвращает возбуждение усилительных каскадов.

Обычно фильтрующий конденсатор в двухполупериодных преобразователях выбирают таким, чтобы пульсации выпрямленного напряжения не превышали 5…10 В. Следует также учитывать, что на конденсаторах фильтра напряжение будет больше в 1,41 раза, чем на выходе диодного моста. Таким образом, если после диодного моста мы получим 220 В пульсирующего напряжения, то на конденсаторах будет уже 310 В постоянного напряжения. Обычно же рабочее напряжение в сети ограничивается отметкой в 250 В, следовательно, на выходе фильтра напряжение будет 350 В. В редких случаях сетевое напряжение может подниматься еще выше, поэтому конденсаторы следует выбирать на рабочее напряжение не менее 400 В. Конденсаторы могут иметь дополнительный нагрев благодаря большим рабочим токам. Рекомендованный верхний диапазон температур – не менее 85…105°C. Входные конденсаторы для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения выбирают емкостью 470…2500 мкФ в зависимости от мощности аппарата. При неизменяемом зазоре в резонансном дросселе увеличение емкости входного конденсатора пропорционально увеличивает мощность, отдаваемую в дугу.

В продаже есть емкости, к примеру, на 1500 и 2200 мкФ, но, как правило, вместо одного используют батарею конденсаторов – несколько компонентов одинаковой емкости, включенных параллельно. Благодаря параллельному включению уменьшаются внутренние сопротивление и индуктивность, что улучшает фильтрацию напряжения. Также в начале заряда через конденсаторы протекает очень большой зарядный ток, близкий к току короткого замыкания. Параллельное включение позволяет уменьшить ток, протекающий через каждый конденсатор в отдельности, что увеличивает срок эксплуатации.

Выбор электролитов от Hitachi, Samwha, Yageo

На рынке электроники сегодня можно найти большое количество подходящих конденсаторов от известных и малоизвестных производителей. При выборе оборудования не следует забывать, что при схожих параметрах конденсаторы очень сильно отличаются качеством и надежностью. Наиболее хорошо себя зарекомендовала продукция от таких всемирно известных производителей высококачественных алюминиевых конденсаторов, как , и . Компании активно разрабатывают новые технологии производства конденсаторов, поэтому их продукция обладает лучшими характеристиками по сравнению с продукцией конкурентов.

Алюминиевые электролитические конденсаторы выпускаются в нескольких форм-факторах:

  • для монтажа на печатную плату;
  • с усиленными выводами-защелками (Snap-In);
  • с болтовыми выводами (Screw Terminal).

В таблицах 1, 2 и 3 представлены серии вышеуказанных производителей, наиболее оптимальные для использования в предварительном блоке выпрямления, а их внешний вид показан на рисунках 2, 3 и 4 соответственно. Приведенные серии имеют максимальный срок службы (в рамках семейства конкретного производителя) и расширенный температурный диапазон.

Таблица 1. Электролитические конденсаторы производства Yageo

Таблица 2. Электролитические конденсаторы производства Samwha

Таблица 3. Электролитические конденсаторы производства Hitachi

Наименование Емкость, мкФ Напряжение, В Ток пульсаций, А Размеры, мм Форм-фактор Срок службы, ч/°C
470…2100 400, 420, 450, 500 2,75…9,58 30×40,
35×35…40×110
Snap-In 6000/85
470…1500 400, 420, 450, 500 2,17…4,32 35×45,
40×41…40×101
Snap-In 6000/105
470…1000 400, 420, 450, 500 1,92…3,48 35×40,
30×50…35×80
Snap-In 12000/105
1000…12000 400, 450 4,5…29,7 51×75…90×236 Screw Terminal 12000/105
GXR 2700…11000 400, 450 8,3…34,2 64×100…90×178 Screw Terminal 12000/105

Как видно из таблиц 1, 2 и 3, номенклатурная база достаточно широка, и пользователь имеет возможность собрать конденсаторную батарею, параметры которой в полной мере обеспечат требования будущего сварочного инвертора. Наиболее надежными представляются конденсаторы компании Hitachi с гарантированным сроком эксплуатации до 12000 часов, в то время как у конкурентов данный параметр составляет до 10000 часов в конденсаторах Samwha серии JY и до 5000 часов в конденсаторах Yageo серий LC, NF, NH. Правда, этот параметр не указывает на гарантированный выход конденсатора из строя по истечении указанного строка. Здесь имеется в виду только время использования при максимальной нагрузке и температуре. При использовании в меньшем диапазоне температур срок эксплуатации, соответственно, возрастет. По истечении указанного строка возможно также уменьшение емкости на 10% и увеличение потерь на 10…13% при работе на максимальной температуре.


Технические данные нашего сварочного аппарата - полуавтомата:
Напряжение питающей сети: 220 В
Потребляемая мощность: не более 3 кВа
Режим работы: повторно-кратковременный
Регулирование рабочего напряжения: ступенчатое от 19 В до 26 В
Скорость подачи сварочной проволоки: 0-7 м/мин
Диаметр проволоки: 0.8 мм
Величина сварочного тока: ПВ 40% - 160 А, ПВ 100% - 80 А
Предел регулирования сварочного тока: 30 А - 160 А

Всего с 2003 года было сделано шесть подобных аппаратов. Аппарат, представленный далее на фото, работает с 2003 года в автосервисе и ни разу не подвергался ремонту.

Внешний вид сварочного полуавтомата


Вообще


Вид спереди


Вид сзади


Вид слева


В качестве сварочной проволоки используется стандартная
5кг катушка проволоки диаметром 0,8мм


Сварочная горелка 180 А вместе с евроразъемом
была куплена в магазине сварочного оборудования.

Схема и детали сварочника

Ввиду того что схема полуавтомата анализировалась с таких аппаратов как ПДГ-125, ПДГ-160, ПДГ-201 и MIG-180, принципиальная схема отличается от монтажной платы, т. к. схема вырисовывалась на лету в процессе сборки. Поэтому лучше придерживаться монтажной схемы. На печатной плате все точки и детали промаркированы (откройте в Спринте и наведите мышку).


Вид на монтаж



Плата управления

В качестве выключателя питания и защиты применен однофазный автомат типа АЕ на 16А. SA1 - переключатель режимов сварки типа ПКУ-3-12-2037 на 5 положений.

Резисторы R3, R4 - ПЭВ-25, но их можно не ставить (у меня не стоят). Они предназначены для быстрой разрядки конденсаторов дросселя.

Теперь по конденсатору С7. В паре с дросселем он обеспечивает стабилизацию горения и поддержания дуги. Минимальная емкость его должна быть не менее 20000 мкф, оптимальная 30000 мкф. Были испробованы несколько типов конденсаторов с меньшими габаритами и большей емкостью, например CapXon, Misuda, но они себя проявили не надежно, выгорали.


В итоге были применены советские конденсаторы, которые работают по сей день, К50-18 на 10000 мкф х 50В в количестве трёх штук в параллель.

Силовые тиристоры на 200А взяты с хорошим запасом. Можно поставить и на 160 А, но они будут работать на пределе, потребуется применение хороших радиаторов и вентиляторов. Примененные В200 стоят на не большой алюминиевой пластине.

Реле К1 типа РП21 на 24В, переменный резистор R10 проволочный типа ППБ.

При нажатии на горелке кнопки SB1 подается напряжение на схему управления. Срабатывает реле К1, тем самым через контакты К1-1 подается напряжение на электромагнитный клапан ЭМ1 подачи кислоты, и К1-2 - на схему питания двигателя протяжки проволоки, и К1-3 - на открытие силовых тиристоров.

Переключателем SA1 выставляют рабочее напряжение в диапазоне от 19 до 26 Вольт (с учетом добавки 3 витков на плечо до 30 Вольт). Резистором R10 регулируют подачу сварочной проволоки, меняют ток сварки от 30А до 160 А.

При настройке резистор R12 подбирают таким образом, чтобы при выкрученном R10 на минимум скорости двигатель все же продолжал вращаться, а не стоял.

При отпускании кнопки SB1 на горелке - реле отпускает, останавливается мотор и закрываются тиристоры, электромагнитный клапан за счет заряда конденсатора С2 еще продолжает оставаться открытым подавая кислоту в зону сварки.

При закрытии тиристоров исчезает напряжение дуги, но за счет дросселя и конденсаторов С7 напряжение снимается плавно, не давая сварочной проволоке прилипнуть в зоне сварки.

Мотаем сварочный трансформатор


Берем трансформатор ОСМ-1 (1кВт), разбираем его, железо откладываем в сторону, предварительно пометив его. Делаем новый каркас катушки из текстолита толщиной 2 мм, (родной каркас слишком слабый). Размер щеки 147×106мм. Размер остальных частей: 2 шт. 130×70мм и 2 шт. 87×89мм. В щеках вырезаем окно размером 87×51,5 мм.
Каркас катушки готов.
Ищем обмоточный провод диаметром 1,8 мм, желательно в усиленной, стекловолоконной изоляции. Я взял такой провод со статорных катушек дизель-генератора). Можно применить и обычный эмальпровод типа ПЭТВ, ПЭВ и т. п.


Стеклоткань - на мой взгляд, самая лучшая изоляция получается


Начинаем намотку - первичка. Первичка содержит 164 + 15 + 15 + 15 + 15 витков. Между слоями делаем изоляцию из тонкой стеклоткани. Провод укладывать как можно плотнее, иначе не влезет, но у меня обычно с этим проблем не было. Я брал стеклоткань с останков всё того же дизель-генератора. Все, первичка готова.

Продолжаем мотать - вторичка. Берем алюминиевую шину в стеклянной изоляции размером 2,8×4,75 мм, (можно купить у обмотчиков). Нужно примерно 8 м, но лучше иметь небольшой запас. Начинаем мотать, укладывая как можно плотнее, мотаем 19 витков, далее делаем петлю под болт М6, и снова 19 витков, Начала и концы делаем по 30 см, для дальнейшего монтажа.
Тут небольшое отступление, лично мне для сварки крупных деталей при таком напряжении было маловато току, в процессе эксплуатации я перемотал вторичную обмотку, прибавив по 3 витка на плечо, итого у меня получилось 22+22.
Обмотка влезает впритык, поэтому если мотать аккуратно, все должно получиться.
Если на первичку брать эмальпровод, то потом обязательно пропитка лаком, я держал катушку в лаке 6 часов.

Собираем трансформатор, включаем в розетку и замеряем ток холостого хода около 0,5 А, напряжение на вторичке от 19 до 26 Вольт. Если все так, то трансформатор можно отложить в сторону, он пока нам больше не нужен.

Вместо ОСМ-1 для силового трансформатора можно взять 4шт ТС-270, правда там немного другие размеры, и я делал на нем только 1 сварочный аппарат, то данные для намотки уже не помню, но это можно посчитать.

Будем мотать дроссель

Берем трансформатор ОСМ-0,4 (400Вт), берем эмальпровод диаметром не менее 1,5 мм (у меня 1,8). Мотаем 2 слоя с изоляцией между слоями, укладываем плотненько. Дальше берем алюминиевую шину 2,8×4,75 мм. и мотаем 24 витка, свободные концы шины делаем по 30 см. Собираем сердечник с зазором 1 мм (проложить кусочки текстолита).
Дроссель также можно намотать на железе от цветного лампового телевизора типа ТС-270. На него ставится только одна катушка.

У нас остался еще один трансформатор для питания схемы управления (я брал готовый). Он должен выдавать 24 вольта при токе около 6А.

Корпус и механика

С трансами разобрались, приступаем к корпусу. На чертежах не показаны отбортовки по 20 мм. Углы свариваем, все железо 1,5 мм. Основание механизма сделано из нержавейки.




Мотор М применен от стеклоочистителя ВАЗ-2101.
Убран концевик возврата в крайнее положение.

В подкатушечнике для создания тормозного усилия применена пружина, первая попавшаяся под руку. Тормозной эффект увеличивается сжиманием пружины (т. е. закручиванием гайки).



slonik писал(а):

после выпрямительного моста стоит набор кондеров (в параллель 7 штук) и дальше дроссель.Так вот эти кондеры предусмотрено что можно их подключать перемычками или поле выпрямителя, или после дросселя, или вообще отключать.Так зачем это нужно?И где лучше ставить эти кондеры?И для чего они стоят?

Трибун писал(а):

Для обеспечения условия стабилизации дугового промежутка, источник для полуавтоматической сварки должен иметь жёсткую нагрузочную характеристику и высокую скорость нарастания тока при КЗ. Эти требования особенно актуальны при сварке тонкой проволокой D0,6...0,8мм. С увеличением диаметра проволоки нагрузочная характеристика становится более падающей и требуемая скорость нарастания тока уменьшается. Для коррекции скорости нарастания тока, на классических источниках, дроссель даже делается с отводами (ВС300).

Судя по заявленному току 140А, источник расчитан на сварку тонкой проволокой и скорей всего конденсатор должен включаться до дросселя. При этом индуктивность дросселя должна составлять около 0.2мГн. Включение конденсатора после дросселя практически всегда приводит к излишне большой скорости нарастания тока, что не есть хорошо (резко увеличивается разбрызгивание).

valvol.ru

Электролитические конденсаторы в сварочных инверторах

Бугаев Виктор, Виталий Дидук, Максим Мусиенко

Алюминиевые электролитические конденсаторы – один из главных элементов, обеспечивающих стабильность работы высокочастотных инверторов сварочных аппаратов. Надежные высококачественные конденсаторы для этого вида применения производят компании Hitachi, Samwha, Yageo.

В первых устройствах, использовавших метод электродуговой сварки, применялись регулируемые трансформаторы переменного тока. Трансформаторные сварочные аппараты наиболее популярны и применяются по сей день. Они надежны, просты в обслуживании, однако имеют ряд недостатков: большой вес, высокое содержание цветных металлов в обмотках трансформатора, малую степень автоматизации процесса сварки. Преодолеть эти недостатки возможно при переходе на более высокие частоты тока и уменьшении размеров выходного трансформатора. Идея уменьшить размер трансформатора за счет перехода от частоты электросети 50 Гц на более высокую родилась еще в 40-е годы XX века. Тогда это делали с помощью электромагнитных преобразователей-вибраторов. В 1950 году для этих целей стали использовать электронные лампы – тиратроны. Однако в сварочной технике использовать их было нежелательно по причине низкого КПД и невысокой надежности. Широкое внедрение полупроводниковых приборов в начале 60-х годов привело к активному развитию сварочных инверторов, сперва – на тиристорной основе, а затем – на транзисторной. Разработанные в начале XXI века биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT-транзисторы) дали новый импульс развитию инверторных аппаратов. Они могут работать на ультразвуковых частотах, что позволяет значительно уменьшить размеры трансформатора и массу аппарата в целом.

Упрощенно структурную схему инвертора можно представить из трех блоков (рисунок 1). На входе стоит бестрансформаторный выпрямитель с параллельно подключенной емкостью, позволяющей поднять напряжение постоянного тока до 300 В. Инверторный блок производит преобразование постоянного тока в переменный высокочастотный. Частота преобразования доходит до десятков килогерц. В состав блока входит высокочастотный импульсный трансформатор, в котором происходит понижение напряжения. Данный блок может изготавливаться в двух вариантах – с использованием однотактных или двухтактных импульсов. В обоих случаях транзисторный блок работает в ключевом режиме с возможностью регулировки времени включения, что позволяет регулировать ток нагрузки. Выходной выпрямительный блок преобразует переменный ток после инвертора в постоянный ток сварки .

Рис. 1. Упрощенная структурная схема сварочного инвертора

Принцип работы сварочного инвертора заключается в поэтапном преобразовании сетевого напряжения. Вначале сетевое переменное напряжение повышается и выпрямляется в предварительном блоке выпрямления. Постоянное напряжение питает высокочастотный генератор на IGBT-транзисторах в инверторном блоке. Высокочастотное переменное напряжение преобразовывается в более низкое с помощью трансформатора и подается на выходной выпрямительный блок. С выхода выпрямителя ток уже можно подавать на сварочный электрод. Ток электрода регулируется схемотехнически путем контроля глубины отрицательной обратной связи. С развитием микропроцессорной техники начали производство инверторных полуавтоматов, способных самостоятельно выбирать режим работы и осуществлять такие функции как «антизалипание», высокочастотное возбуждение дуги, удержание дуги и другие.

Алюминиевые электролитические конденсаторы в сварочных инверторах

Основные компонентные составляющие сварочных инверторов – это полупроводниковые компоненты, понижающий трансформатор и конденсаторы. Сегодня качество полупроводниковых компонентов столь высоко, что при правильной их эксплуатации проблем не возникает. Ввиду того, что устройство работает на высоких частотах и достаточно больших токах, особое внимание следует уделить стабильности работы аппарата – от нее напрямую зависит качество производимых сварочных работ. Наиболее критичными компонентами в данном контексте являются электролитические конденсаторы, от качества которых сильно зависит надежность аппарата и уровень вносимых в электрическую сеть помех.

Наиболее распространенными являются алюминиевые электролитические конденсаторы. Они лучше всего подходят для использования в первичном источнике сетевого ИП. Электролитические конденсаторы имеют высокую емкость, большое номинальное напряжение, малые габариты, и способны работать на звуковых частотах. Такие характеристики относятся к несомненным достоинствам алюминиевых электролитов.

Все алюминиевые электролитические конденсаторы представляют собой последовательно наложенные слои алюминиевой фольги (анод конденсатора), бумажной прокладки, еще одного слоя алюминиевой фольги (катод конденсатора) и еще одного слоя бумаги. Все это сворачивается в рулон и помещается в герметичный контейнер. От анодного и катодного слоев выводятся проводники для включения в цепь. Также алюминиевые слои дополнительно протравливают с целью увеличения площади их поверхности и, соответственно, емкости конденсатора. При этом емкость высоковольтных конденсаторов возрастает примерно в 20 раз, а низковольтных – в 100. Помимо этого вся данная конструкция обрабатывается химическими веществами для достижения требуемых параметров.

Электролитические конденсаторы имеют достаточно непростую структуру, что обуславливает сложность их изготовления и эксплуатации. Характеристики конденсаторов могут сильно меняться при разных режимах работы и климатических условиях эксплуатации. С ростом частоты и температуры снижается емкость конденсатора и ЭПС. При снижении температуры емкость также падает, а ЭПС может возрастать до 100 раз, что, в свою очередь, снижает предельно допустимый ток пульсаций конденсатора. Надежность импульсных и входных сетевых фильтрующих конденсаторов, в первую очередь, зависит от их предельно допустимого тока пульсаций. Протекающие токи пульсаций способны разогревать конденсатор, что служит причиной его раннего выхода из строя.

В инверторах основные назначения электролитических конденсаторов – повышение напряжения во входном выпрямителе и сглаживание возможных пульсаций.

Значительные проблемы в работе инверторов создают большие токи через транзисторы, высокие требования к форме управляющих импульсов, что подразумевает использование мощных драйверов для управления силовыми ключами, высокие требования к монтажу силовых цепей, большие импульсные токи. Все это в значительной степени зависит от добротности конденсаторов входного фильтра, поэтому для инверторных сварочных аппаратов нужно особо тщательно подбирать параметры электролитических конденсаторов. Таким образом, в предварительном блоке выпрямления сварочного инвертора наиболее критичным элементом является фильтрующий электролитический конденсатор, установленный после диодного моста. Рекомендовано устанавливать конденсатор в непосредственной близости к IGBT и диодам, что позволяет устранить влияние индуктивности проводов, соединяющих устройство с источником питания, на работу инвертора. Также установка конденсаторов рядом с потребителями уменьшает внутреннее сопротивление переменному току источника питания, что предотвращает возбуждение усилительных каскадов.

Обычно фильтрующий конденсатор в двухполупериодных преобразователях выбирают таким, чтобы пульсации выпрямленного напряжения не превышали 5…10 В. Следует также учитывать, что на конденсаторах фильтра напряжение будет больше в 1,41 раза, чем на выходе диодного моста. Таким образом, если после диодного моста мы получим 220 В пульсирующего напряжения, то на конденсаторах будет уже 310 В постоянного напряжения. Обычно же рабочее напряжение в сети ограничивается отметкой в 250 В, следовательно, на выходе фильтра напряжение будет 350 В. В редких случаях сетевое напряжение может подниматься еще выше, поэтому конденсаторы следует выбирать на рабочее напряжение не менее 400 В. Конденсаторы могут иметь дополнительный нагрев благодаря большим рабочим токам. Рекомендованный верхний диапазон температур – не менее 85…105°C. Входные конденсаторы для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения выбирают емкостью 470…2500 мкФ в зависимости от мощности аппарата. При неизменяемом зазоре в резонансном дросселе увеличение емкости входного конденсатора пропорционально увеличивает мощность, отдаваемую в дугу.

В продаже есть емкости, к примеру, на 1500 и 2200 мкФ, но, как правило, вместо одного используют батарею конденсаторов – несколько компонентов одинаковой емкости, включенных параллельно. Благодаря параллельному включению уменьшаются внутренние сопротивление и индуктивность, что улучшает фильтрацию напряжения. Также в начале заряда через конденсаторы протекает очень большой зарядный ток, близкий к току короткого замыкания. Параллельное включение позволяет уменьшить ток, протекающий через каждый конденсатор в отдельности, что увеличивает срок эксплуатации.

Выбор электролитов от Hitachi, Samwha, Yageo

На рынке электроники сегодня можно найти большое количество подходящих конденсаторов от известных и малоизвестных производителей. При выборе оборудования не следует забывать, что при схожих параметрах конденсаторы очень сильно отличаются качеством и надежностью. Наиболее хорошо себя зарекомендовала продукция от таких всемирно известных производителей высококачественных алюминиевых конденсаторов, как Hitachi, Samwha и Yageo. Компании активно разрабатывают новые технологии производства конденсаторов, поэтому их продукция обладает лучшими характеристиками по сравнению с продукцией конкурентов.

Алюминиевые электролитические конденсаторы выпускаются в нескольких форм-факторах:

  • для монтажа на печатную плату;
  • с усиленными выводами-защелками (Snap-In);
  • с болтовыми выводами (Screw Terminal).

В таблицах 1, 2 и 3 представлены серии вышеуказанных производителей, наиболее оптимальные для использования в предварительном блоке выпрямления, а их внешний вид показан на рисунках 2, 3 и 4 соответственно. Приведенные серии имеют максимальный срок службы (в рамках семейства конкретного производителя) и расширенный температурный диапазон.

Таблица 1. Электролитические конденсаторы производства Yageo

Таблица 2. Электролитические конденсаторы производства Samwha

Таблица 3. Электролитические конденсаторы производства Hitachi

Наименование Емкость, мкФ Напряжение, В Ток пульсаций, А Размеры, мм Форм-фактор Срок службы, ч/°C
HP3 470…2100 400, 420, 450, 500 2,75…9,58 30×40, 35×35…40×110 Snap-In 6000/85
HU3 470…1500 400, 420, 450, 500 2,17…4,32 35×45, 40×41…40×101 Snap-In 6000/105
HL2 470…1000 400, 420, 450, 500 1,92…3,48 35×40, 30×50…35×80 Snap-In 12000/105
GXA 1000…12000 400, 450 4,5…29,7 51×75…90×236 Screw Terminal 12000/105
GXR 2700…11000 400, 450 8,3…34,2 64×100…90×178 Screw Terminal 12000/105

Как видно из таблиц 1, 2 и 3, номенклатурная база достаточно широка, и пользователь имеет возможность собрать конденсаторную батарею, параметры которой в полной мере обеспечат требования будущего сварочного инвертора. Наиболее надежными представляются конденсаторы компании Hitachi с гарантированным сроком эксплуатации до 12000 часов, в то время как у конкурентов данный параметр составляет до 10000 часов в конденсаторах Samwha серии JY и до 5000 часов в конденсаторах Yageo серий LC, NF, NH. Правда, этот параметр не указывает на гарантированный выход конденсатора из строя по истечении указанного строка. Здесь имеется в виду только время использования при максимальной нагрузке и температуре. При использовании в меньшем диапазоне температур срок эксплуатации, соответственно, возрастет. По истечении указанного строка возможно также уменьшение емкости на 10% и увеличение потерь на 10…13% при работе на максимальной температуре.

Рис. 2. Электролитические конденсаторы Yageo

Рис. 3. Электролитические конденсаторы Samwha

Рис. 4. Электролитические конденсаторы Hitachi

Примечательно, что в каждой серии можно найти различную конфигурацию выводов конденсатора – с усиленными выводами-защелками или болтовыми выводами. Болтовые выводы дают гарантированную надежность сборки, а конденсаторы с выводами-защелками к надежности добавляют еще и простоту монтажа на печатную плату.

Заключение

Рассмотренные высококачественные алюминиевые электролитические конденсаторы производства компаний Hitachi, Samwha и Yageo позволяют решить практически любую задачу разработки высокочастотного сварочного инверторного аппарата. Отличительной особенностью представленных конденсаторов является их разработка в соответствии с требованиями RoHS (Директива об ограничении использования некоторых вредных веществ в электрическом и электронном оборудовании) и прочими экологическими нормами. За консультацией по применению, а также по вопросу приобретения конденсаторов производства всех трех компаний можно обратиться к их дистрибьютору – компании КОМПЭЛ.

Литература

Получение технической информации, заказ образцов, заказ и доставка.

www.compel.ru

Простой сварочный полуавтомат своими руками

Как сделать самостоятельно сварочный полуавтомат. Этот вопрос волнует многих, поскольку стоимость сварочного полуавтомата для бытовых целей от 300$ и до 800$. Промышленные сварочный полуавтоматы еще дороже. Остается только один вариант - собрать полуавтомат самостоятельно, своими руками. Рассмотрим, из каких основных узлов и деталей состоит сварочный полуавтомат. Основой сварочного полуавтомата, является сварочный силовой трансформатор. Трансформатор желательно иметь готовый, но можно и самому изготовить. Основные требования к трансформатору - при напряжение на выходе 10 - 20В обеспечение номинального выходного тока до 60А. Для регулировки выходного напряжения, при намотки первичной обмотки необходимо делать отводы и предусмотреть вариант переключения.

Конечно, самым сложным в домашнем изготовлении узлом является механизм подачи проволоки. От его работы напрямую будет зависеть качество сварного шва и равномерность подачи проволоки. Наиболее подходящим вариантом изготовления механизма подачи - это редуктор от автомобильного стеклоочистителя в комплекте с электродвигателем.

Т.к. сварка полуавтоматом производится постоянным током, необходимо использовать выпрямитель. Тип выпрямителя зависит от способа намотки сварочного трансформатора. Для нашего варианта, с двумя обмотками, используют два выпрямительных диода ДЛ161-200. Для мостовой схемы выпрямителя - используют четыре выпрямительных диода. Конденсатор 30000х63В предназначен для сглаживания пульсаций напряжения после выпрямителя.

В цепи постоянного тока, после выпрямительных диодов, для улучшения стабильности горения дуги устанавливается дроссель, намотанный на трансформаторный сердечник сечением не менее 35 мм х 35 мм, около 20 витков проводом, диаметр которого не менее диаметра провода на вторичной обмотке сварочного трансформатора.

Питание электродвигателя приводного механизма подачи проволоки от блока питания с выходным напряжением 12 - 15В и током около 5А.

Еще в в сварочном полуавтомате имеются:

электроклапан газа;

электромагнитный пускатель включения сварочного полуавтомата;

рукав для подачи проволоки

и другие мелочи.

Схема сварочного полуавтомата указана ниже:

Переменный резистор используется для регулировки скорости подачи проволоки в процессе работы полуавтомата. При нажатии на кнопку пуск, синхронно включается клапан подачи газа и с помощью реле К1 включается сварочный трансформатор.

Эта схема сварочного полуавтомата является лишь примером. При самостоятельном изготовлении схему полуавтомата можно изменить исходя из имеющимися в наличии комплектующих.

Вверх