JLCPCB -- это крупнейшая фабрика PCB прототипов в Китае. Для более чем 600000 заказчиков по всему миру мы делаем свыше 15000 онлайн заказов на прототипы и малые партии печатных плат каждый день!

New register to get $20 coupons!
https://jlcpcb.com
Заказать печатную плату

Расчет импульсного трансформатора

Подписаться на новости Введите свой email адрес:

 

Простой миниатюрный сварочный инвертор

Представляю самый маленький, лёгкий и достаточно простой в повторении сварочный инвертор. Он позволяет проводить сварочные работы электродами диаметром до 3мм.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, внешний видПростой миниатюрный сварочный инвертор, внешний вид

Простой миниатюрный сварочный инвертор, сравнение с заводскимиПростой миниатюрный сварочный инвертор, сравнение с заводским

Характеристики инвертора

  • Размеры (ДхШхВ) — 180х105х80;
  • Вес — 1100 грамм;
  • Ток — 80А, можно выжать до 100А;
  • Ток холостого хода — 170-200мА;
  • Напряжение холостго хода — 60 вольт.

Инвертор собран в корпусе компьютерного блока питания.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, корпусПростой миниатюрный сварочный инвертор, внутри корпуса

Из-за нехватки места в этом корпусе не удалось обеспечить хороший обдув радиаторов силовых компонентов, поэтому он не предназначен для долговременной работы, но спалить несколько электродов подряд с его помощью можно.

Делать инвертор с нуля достаточно дорого, хорошие оригинальные детали дорогие, нужен опыт работы с импульсными источниками питания и в силовой электронике в целом, лучше и выгоднее купить заводской инвертор, а если решили собрать  - то делайте полноразмерный инвертор и не скупитесь на охлаждении.

Схема инвертора

Простой миниатюрный сварочный инвертор, принципиальная схема

Данный сварочный инвертор — это однотактный прямоходовый преобразователь построенный на ШИМ контроллере UC3844. Выход микросхемы через драйвер управляет IGBT транзистором. Схема снабжена плавным пуском, защитой по перегреву. Обратная связь по току реализована через токовый трансформатор.

Инвертор собран на трёх платах:

  1. все силовые компоненты, трансформатор, дроссель, выпрямители, силовой транзистор и входная цепь размещены на материнской плате;
  2. схема управления;
  3. дежурный источник питания.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, внешний вид собранной платыПростой миниатюрный сварочный инвертор, внешний вид собранной платы

Схема управления

Больше половины компонентов, которые есть на схеме находятся на этой компактной печатной плате

Простой миниатюрный сварочный инвертор, собранная плата управленияПростой миниатюрный сварочный инвертор, собранная плата управления

В авторской версии вся схема собрана на одной плате, в моем же случае чтобы аппарат был максимально компактным управление перенес на отдельную плату. Она получилась очень компактная, меньше сделать крайне трудно если использовать выводные компоненты, а не смд. Монтаж очень плотный, на плате всего одна перемычка.

После сборки плата была проверена. На вход стабилизатора или диода подается напряжение около 30 вольт. База и эмиттер транзистора VT1 замыкаем между собой имитируя замкнутый термовыключатель, иначе сработает защита по перегреву и реле замкнет регулятор тока и как следствие микросхема перестанет вырабатывать последовательность импульсов. К выходу драйвера подключаем щуп осцилографа и наблюдаем красивый меандр с частотой порядка 30 кГц и заполнением около 44-х процентов. Проверяем защиту, убрав ранее установленную перемычку. Должно сработать реле, засветиться красный светодиод и заблокироваться работа микросхемы ШИМ. Плата управления готова, в дополнительной наладке эта часть не нуждается, если все собрано правильно, компоненты исправны и нет соплей на плате.

Исходная  схема работает на частоте в 30 кГц, изначально хотел поднять ее, а также изменением соотношения количества витков обмоток снять с сердечника большую мощность, но конечные расчеты показали, что с сердечника даже при 30-и килогерцах спокойно можно взять мощность около 2-2,2кВт, а это где-то 80-90 Ампер тока, если учитывать просадку напряжения при сварке, примерно до 24-х вольт.

С учетом этого аппарат без проблем справляется с электродами в 3мм, но в моем агрегате для страховки максимальный ток ограничен на уровне 80 Ампер.

Силовой трансформатор

Так как сварочный аппарат планировался на небольшой выходной ток в районе 80 ампер, трансформатор покажется маленьким, но его хватает, хотя и работает он почти на пределе своих возможностей.

Схема однотактная и между половинками сердечника нужен немагнитный зазор 0,1-0,2мм, такой зазор без проблем можно сделать если использовать сердечник из двух половинок, например Ш-образный. Но проблема заключалась в том, что у меня в наличии не было такого сердечника с необходимой габаритной мощностью, единственные более менее хорошие сердечники были колцевого типа размером 47х26,5х15,5мм. Такой сердечник отлично будет работать в двухтактной схеме, в однотактной же нужен зазор.

Сначала делаем разметки, затем пилим сердечник, не полностью, пол миллиметра сполна хватит.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, сердечник силового трансформатораПростой миниатюрный сварочный инвертор, разрезанный сердечник

Далее устанавливаем сердечник на деревянные бруски примерно так, как это показано, по центру на месте пропила ставим металлический прут и аккуратно, но сильно бьем по нему молотком. В итоге получаем две ровные половинки. Далее берем чек от банкомата, нарезаем две полоски и приклеиваем на одну из половинок с помощью суперклея, клея много не надо.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, половинки сердечникаПростой миниатюрный сварочный инвертор, чек

Стягиваем половинки сердечника например каптоновым скотчем. В целом данный сердечник имеет изоляцию в виде краски, но дополнительная изоляция не будет лишней.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, сердечник готовый к намотке обмотокПростой миниатюрный сварочный инвертор, сердечник готовый к намотке обмоток

После мотаем первичную обмотку, в моем случае для намотки использован провод 1,2мм, расчет производился по программе, естественно в случае иных сердечников получим иные намоточные данные, поэтому количество витков указывать не вижу смысла. В данной схеме очень важно солблюдать начало намотки, на схеме они указаны точками, поэтому после намотки каждой из обмоток начала намотки желательно промаркировать.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, первичная обмотка на силовом трансформатореПростой миниатюрный сварочный инвертор, первичная обмотка на силовом трансформаторе

Простой миниатюрный сварочный инвертор, первичная обмотка на силовом трансформатореПростой миниатюрный сварочный инвертор, первичная обмотка на силовом трансформаторе

Витки равномерно растянуты по всему кольцу, после намотки ставим изоляцию и мотаем фиксирующую обмотку.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, слой изоляции на силовом трансформатореПростой миниатюрный сварочный инвертор, слой изоляции на силовом трансформаторе

Количество витков тоже самое, что и в случае первичной обмотки, но провод естественно тоньше, я использовал провод 0,3мм.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, фиксирующая обмотка силового трансформатораПростой миниатюрный сварочный инвертор, фиксирующая обмотка силового трансформатора

Мотать нужно так, чтобы витки фиксирующей обмотки находились между витками первичной обмотки.

После намотки фиксирующей обмотки опять ставим изоляцию и мотаем вторичную обмотку из 80 параллельных жил проводом 0,22мм. Жгут дополнительно изолирован каптоновым скотчем. 

Простой миниатюрный сварочный инвертор, вторичная обмотка силового трансформатораПростой миниатюрный сварочный инвертор, вторичная обмотка силового трансформатора

Трансформатор тока намотан на небольшом кольцевом ферритовом магнитопроводе, проницаемость сердечника 2400.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, сердечник токового трансформатораПростой миниатюрный сварочный инвертор, сердечник токового трансформатора

Сначала сердечник был изолирован каптоновым скотчем, затем намотана вторичная обмотка. Количество витков около 80, для намотки был использован провод с диаметром 0,24мм. Обмотка равномерно растянута по всему кольцу. Вторичная обмотка один виток двойным проводом по 1,2мм.

Для выходного дросселя в качестве сердечника взят тор размером 38,8х21х11,4 мм из порошкового железа. Кольцо имеет зелено синий окрас, специально предназначено для работы в качестве выходного дросселя.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, сердечник выходного дросселя

Для намотки был использован жгут из  80 жил изолированных друг от друга проводов с диаметром  0,22мм каждая жила, то есть точно тоже самое, что и в случае вторичной обмотки трансформатора.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, выходной дроссельПростой миниатюрный сварочный инвертор, выходной дроссель

Индуктивность дросселя получилась около 35 микрогенри и этого мало, желательно индуктивность сделать в районе от 80 до 120 мкГн. 

Простой миниатюрный сварочный инвертор, индуктивность выходного дросселя

Выводы обмотки дросселя были очищены от лака, залужены.

Несколько слов о комплектующих

Входной электролит 450 вольт с низким внутренним сопротивлением, от хорошего производителя, емкость 470мкФ. 

Простой миниатюрный сварочный инвертор, электролитический конденсатор 470мкФ 450В

Реле в схеме плавного пуска полноразмерное 30-и амперное, как у больших инверторов, хотя плату изначально разрабатывал для установки более компактного реле.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, реле SLA-24VDC-SL-A 30A

Силовой IGBT транзистор, диоды в высоковольтной цепи преобразователя те, что по схеме, никаких отклонений.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, IRG4PC50KD

В выходном выпрямителе использованы быстродействующие диодные сборки STTH6003. В одной такой сборке 2 диода с током в 30 ампер, катод общий, аноды также включены параллельно, в итоге получаем аналог 60-и амперного диода, обратное напряжение сборки 300 вольт.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, STTH6003

Сборки установлены на общий радиатор, подложки не изолированы, т.к. катоды общие, выходной плюс снимается с радиатора. 

Входной выпрямитель - в виде готового диодного моста KBJ2510, с током в 25 ампер и обратным напряжением в 1000 вольт.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, KBJ2510

Резистор в цепи плавного пуска на 5-10 ватт, сопротивление 10-30 Ом.

Дежурный блок питания

Это готовый источник питания универсального типа, который куплен на али и предназначен для работы в индукционных плитах в качестве дежурки, мощностью около  7 ватт.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, дежурный блок питанияПростой миниатюрный сварочный инвертор, дежурный блок питания

Он выдает три напряжения: 5 вольт, 12 вольт и 18 вольт. Выходные напряжения задаются стабилитроном на 18 вольт. Этот стабилитрон я заменил на 24-х вольтовый, выкинул цепь 5 вольт, заменил некоторые конденсаторы на выходе на более высоковольтные и в итоге дежурка стала выдавать два напряжения: 15 вольт и 24 вольта.

Первое напряжение нужно для питания вентилятора, он у меня на 12 вольт, второе напряжение питает управление и реле. Такая дежурка имеет плавный пуск, защиту от коротких замыканий, построена всего на одной микросхеме.

Радиаторы охлаждения взяты от компьютерных блоков питания, с учетом наличия активного охлаждения и максимального тока сварки их хватает.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, радиатор

После сборки аппарат заработал сразу, без каких-либо отклонений. Первый запуск делался через страховочную лампу на 100 ватт, на осциллографе форма импульсов на всех обмотках  правильная, напряжение холостого хода около 60Вольт.

Проверяем работу системы ограничения тока. Для начала ставим регулятор тока на минимум, цепляемся осциллографом на затвор силового транзистора и делаем короткое замыкание на выходе, видим, что длительность управляющих импульсов резко уменьшается, ток ограничивается, если этого не происходит, меняем местами начало и конец вторичной обмотки токового трансформатора.

Силовые дорожки на печатной плате дополнительно армированы медными лентами.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, армированы медными лентами силовые дорожки

Выходные клеммы от мощного преобразователя 12-220 Вольт.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, выходные клеммыПростой миниатюрный сварочный инвертор, выходные клеммы

Для надёжности трансформаторы, дроссель и пара вертикальных плат  были дополнительно приклеены к материнской плате с помощью эпоксидной смолы.

Простой миниатюрный сварочный инвертор, внешний вид собранной платыПростой миниатюрный сварочный инвертор, внешний вид собранной платы

Простой миниатюрный сварочный инвертор, внешний вид собранной платыПростой миниатюрный сварочный инвертор, внешний вид собранной платы

На балласте инвертор  выдал честные 80 ампер, минимальный ток сделал в районе 20 ампер, при этом имеем уверенный розжиг дуги. Благодаря малому значению минимального  тока  можно сваривать  даже тонкую жесть. 

Печатная плата

С уважением - АКА КАСЬЯН

Дизайн :

Arduino

Программаторы

Радиоконструкторы

Прочее...