Come realizzare un inverter di saldatura utilizzando i tiristori con le tue mani? Inverter per saldatura. Schemi di collegamento per convertitori ad alta frequenza Saldatrice risonante a ponte Lipin

SALDATRICE FAI DA TE

PANORAMICA DEGLI SCHEMI DI SALDATURA CON INVERTER E DESCRIZIONE DEL PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

Cominciamo con un circuito inverter di saldatura abbastanza popolare, spesso chiamato circuito Bramaley. Non so perché questo nome sia stato assegnato a questo schema, ma la saldatrice Barmaley viene spesso menzionata su Internet.
C'erano diverse opzioni per il circuito inverter Barmaley, ma la loro topologia è quasi la stessa: un convertitore single-ended diretto (molto spesso chiamato "ponte obliquo", per qualche motivo), controllato da un controller UC3845.
Poiché questo controller è il principale in questo circuito, iniziamo con il principio del suo funzionamento.
Il chip UC3845 è prodotto da diversi produttori e fa parte delle serie di chip UC1842, UC1843, UC1844, UC1845, UC2842, UC2843, UC2844, UC2845, UC3842, UC3843, UC3844 e UC3845.
I microcircuiti differiscono tra loro nella tensione di alimentazione alla quale si avviano e si autobloccano, nell'intervallo di temperature operative, nonché in piccole modifiche del circuito che consentono di aumentare la durata dell'impulso di controllo nei microcircuiti XX42 e XX43 100%, mentre nei microcircuiti delle serie XX44 e XX45 la durata dell'impulso di comando non può superare il 50%. La piedinatura dei microcircuiti è la stessa.
Nel microcircuito è integrato un ulteriore diodo zener da 34...36 V (a seconda del produttore), che consente di non preoccuparsi del superamento della tensione di alimentazione quando si utilizza il microcircuito in un alimentatore con una gamma MOLTO ampia di tensioni di alimentazione.
I microcircuiti sono disponibili in diversi tipi di contenitori, il che amplia notevolmente l'ambito di utilizzo

I microcircuiti sono stati inizialmente progettati come controller per il controllo dell'interruttore di alimentazione di un alimentatore di media potenza a ciclo singolo e questo controller era dotato di tutto il necessario per aumentare la propria sopravvivenza e la sopravvivenza dell'alimentatore che controlla. Il microcircuito può funzionare fino a frequenze di 500 kHz, la corrente di uscita dello stadio driver finale è in grado di sviluppare una corrente fino a 1 A, che in totale consente di progettare alimentatori abbastanza compatti. Lo schema a blocchi del microcircuito è mostrato di seguito:

Nello schema a blocchi è evidenziato in rosso un ulteriore trigger che non consente alla durata dell'impulso di uscita di superare il 50%. Questo trigger è installato solo sulle serie UCx844 e UCx845.
Nei microcircuiti realizzati in package da otto pin, all'interno del chip sono combinati alcuni pin, ad esempio VC e Vcc, PWRGND e GROUND.

Di seguito è mostrato un tipico circuito di alimentazione a commutazione per l'UC3844:

Questo alimentatore ha una stabilizzazione della tensione secondaria indiretta, poiché controlla la propria alimentazione generata dall'avvolgimento NC. Questa tensione viene raddrizzata dal diodo D3 e serve per alimentare il microcircuito stesso dopo il suo avvio, e dopo aver attraversato il divisore su R3 va all'ingresso dell'amplificatore di errore, che controlla la durata degli impulsi di controllo del transistor di potenza.
All'aumentare del carico, l'ampiezza di tutte le tensioni di uscita del trasformatore diminuisce, il che porta anche ad una diminuzione della tensione sul pin 2 del microcircuito. La logica del microcircuito aumenta la durata dell'impulso di controllo, più energia si accumula nel trasformatore e, di conseguenza, l'ampiezza delle tensioni di uscita ritorna al valore originale. Se il carico diminuisce, la tensione sul pin 2 aumenta, la durata degli impulsi di controllo diminuisce e nuovamente l'ampiezza della tensione di uscita ritorna al valore impostato.
Il chip ha un ingresso integrato per organizzare la protezione da sovraccarico. Non appena la caduta di tensione sul resistore limitatore di corrente R10 raggiunge 1 V, il microcircuito disattiva l'impulso di controllo sul gate del transistor di potenza, limitando così la corrente che lo attraversa ed eliminando il sovraccarico dell'alimentatore. Conoscendo il valore di questa tensione di controllo, è possibile regolare la corrente di funzionamento della protezione modificando il valore del resistore limitatore di corrente. In questo caso, la corrente massima attraverso il transistor è limitata a 1,8 A.
La dipendenza dell'entità della corrente circolante dal valore del resistore può essere calcolata utilizzando la legge di Ohm, ma è troppo pigro prendere in mano una calcolatrice ogni volta, quindi dopo aver calcolato una volta, inseriremo semplicemente i risultati dei calcoli in la tavola. Ti ricordo che è necessaria una caduta di tensione di un volt, quindi la tabella indicherà solo la corrente di intervento della protezione, i valori dei resistori e la loro potenza.

Queste informazioni potrebbero essere necessarie se la saldatrice da progettare è priva di trasformatore di corrente e il controllo verrà eseguito come nel circuito di base, utilizzando un resistore limitatore di corrente nel circuito sorgente del transistor di potenza o nel circuito circuito emettitore, quando si utilizza un transistor IGBT.
Un circuito di alimentazione a commutazione con controllo diretto della tensione di uscita è offerto nella scheda tecnica del chip di Texas Instruments:

Questo circuito controlla la tensione di uscita utilizzando un fotoaccoppiatore; la luminosità del LED del fotoaccoppiatore è determinata da un diodo zener regolabile TL431, che aumenta il coefficiente. stabilizzazione.
Nel circuito sono stati introdotti ulteriori elementi transistor. Il primo imita un sistema soft start, il secondo aumenta la stabilità termica sfruttando la corrente di base del transistor introdotto.
Non sarà difficile determinare la corrente di intervento della protezione di questo circuito: Rcs è pari a 0,75 Ohm, quindi la corrente sarà limitata a 1,3 A.
Sia il circuito di alimentazione precedente che questo sono consigliati nelle schede tecniche dell'UC3845 di Texas Instruments; nelle schede tecniche di altri produttori è consigliato solo il primo circuito.
La dipendenza della frequenza dai valori del resistore e del condensatore di impostazione della frequenza è mostrata nella figura seguente:

La domanda potrebbe sorgere involontariamente - PERCHE' SONO NECESSARI TALI DETTAGLI E PERCHE' PARLIAMO DI ALIMENTATORI CON POTENZA DA 20...50 WATT??? LA PAGINA NASCE COME DESCRIZIONE DI UNA SALDATRICE, ED ECCO ALCUNI ALIMENTATORI...
Nella stragrande maggioranza delle saldatrici semplici, il microcircuito UC3845 viene utilizzato come elemento di controllo e, senza la conoscenza del principio del suo funzionamento, possono verificarsi errori fatali che contribuiscono al guasto non solo di un microcircuito economico, ma anche di un'alimentazione piuttosto costosa transistor. Inoltre, progetterò una saldatrice e non clonerò stupidamente il circuito di qualcun altro, cercherò ferriti, che potrei anche dover acquistare, per replicare il dispositivo di qualcun altro. No, non sono soddisfatto, quindi prendiamo il circuito esistente e lo perfezioniamo per adattarlo a ciò di cui abbiamo bisogno, per adattarlo agli elementi e alle ferriti disponibili.
Questo è il motivo per cui ci sarà molta teoria e diverse misurazioni sperimentali, ed è per questo che nella tabella dei valori dei resistori di protezione vengono utilizzati resistori collegati in parallelo (campi di celle blu) e il calcolo viene effettuato per correnti superiori a 10 ampere.
Pertanto, l'inverter di saldatura, che la maggior parte dei siti chiama saldatore Barmaley, ha il seguente schema elettrico:

AUMENTO

Nella parte in alto a sinistra dello schema è presente l'alimentatore per il controller stesso e, infatti, QUALSIASI alimentatore con una tensione di uscita di 14...15 volt e che fornisce una corrente di 1...2 A può essere utilizzato (2 A serve per installare ventole più potenti: il dispositivo utilizza ventole per computer e secondo lo schema ce ne sono fino a 4.
A proposito, sono riuscito anche a trovare in qualche forum una raccolta di risposte su questa saldatrice. Penso che questo sarà utile per coloro che intendono clonare puramente il circuito. LINK ALLA DESCRIZIONE.
La corrente dell'arco viene regolata modificando la tensione di riferimento all'ingresso dell'amplificatore di errore; la protezione da sovraccarico è organizzata utilizzando il trasformatore di corrente TT1.
Il controller stesso funziona con un transistor IRF540. In linea di principio è possibile utilizzare qualsiasi transistor con energia di gate Qg non molto elevata (IRF630, IRF640, ecc.). Il transistor viene caricato sul trasformatore di controllo T2, che fornisce direttamente gli impulsi di controllo ai gate dei transistor IGBT di potenza.
Per evitare che il trasformatore di controllo venga magnetizzato, è dotato di un avvolgimento smagnetizzante IV. Gli avvolgimenti secondari del trasformatore di controllo vengono caricati sui gate dei transistor di potenza IRG4PC50U attraverso un raddrizzatore che utilizza diodi 1N5819. Inoltre, nel circuito di controllo sono presenti transistor IRFD123 che forzano la chiusura della sezione di potenza, la quale, quando cambia la polarità della tensione sugli avvolgimenti del trasformatore T2, si apre e assorbe tutta l'energia dai gate dei transistor di potenza. Tali acceleratori di chiusura facilitano la modalità corrente del driver e riducono significativamente il tempo di chiusura dei transistor di potenza, il che a sua volta riduce il loro riscaldamento: il tempo trascorso in modalità lineare è significativamente ridotto.
Inoltre, per facilitare il funzionamento dei transistor di potenza e sopprimere il rumore impulsivo che si verifica durante il funzionamento di un carico induttivo, vengono utilizzate catene di resistori da 40 Ohm, condensatori da 4700 pF e diodi HFA15TB60.
Per la smagnetizzazione finale del nucleo e la soppressione delle emissioni di autoinduzione viene utilizzata un'altra coppia di HFA15TB60, installata a destra secondo lo schema.
Sull'avvolgimento secondario del trasformatore è installato un raddrizzatore a semionda basato sul diodo 150EBU02. Il diodo è derivato da un circuito di soppressione delle interferenze che utilizza un resistore da 10 Ohm e un condensatore da 4700 pF. Il secondo diodo serve a smagnetizzare l'induttore DR1, che accumula energia magnetica durante la corsa in avanti del convertitore e durante la pausa tra gli impulsi rilascia questa energia al carico per autoinduzione. Per migliorare questo processo, viene installato un diodo aggiuntivo.
Di conseguenza, l'uscita dell'inverter non produce una tensione pulsante, ma costante con una piccola ondulazione.
La successiva modifica secondaria di questa saldatrice è il circuito inverter mostrato di seguito:

Non ho approfondito gli aspetti complicati della tensione di uscita; personalmente mi è piaciuto l'uso di transistor bipolari per chiudere maggiormente la sezione di potenza. In altre parole, in questo nodo possono essere utilizzati sia dispositivi di campo che bipolari. In linea di principio, questo era implicito per impostazione predefinita, l'importante è chiudere i transistor di potenza il più rapidamente possibile e come farlo è una questione secondaria. In linea di principio, utilizzando un trasformatore di controllo più potente, è possibile fare a meno dei transistor di chiusura: è sufficiente applicare una piccola tensione negativa alle porte dei transistor di potenza.
Tuttavia, sono sempre stato confuso dalla presenza di un trasformatore di controllo nella saldatrice: beh, non mi piacciono le parti dell'avvolgimento e, se possibile, cerco di farne a meno. La ricerca dei circuiti della saldatrice è continuata ed è stato scoperto il seguente circuito inverter di saldatura:

AUMENTO

Questo circuito differisce dai precedenti in assenza di un trasformatore di controllo, poiché l'apertura e la chiusura dei transistor di potenza avviene tramite microcircuiti driver IR4426 specializzati, che a loro volta sono controllati da optoaccoppiatori 6N136.
Ci sono un paio di altre chicche implementate in questo schema:
- è stato introdotto un limitatore di tensione in uscita realizzato sul fotoaccoppiatore PC817;
- viene implementato il principio di stabilizzazione della corrente di uscita - il trasformatore di corrente non viene utilizzato come emergenza, ma come sensore di corrente e partecipa alla regolazione della corrente di uscita.
Questa versione della saldatrice garantisce un arco più stabile anche a basse correnti, in quanto all'aumentare dell'arco la corrente comincia a diminuire, e questa macchina aumenterà la tensione in uscita, cercando di mantenere il valore impostato della corrente in uscita. L'unico inconveniente è che è necessario un interruttore a biscotto per quante più posizioni possibili.
Anche un altro schema di una saldatrice per l'autoproduzione ha attirato la mia attenzione. Si dice che la corrente di uscita sia di 250 ampere, ma questa non è la cosa principale. La cosa principale è usare il popolare chip IR2110 come driver:

AUMENTO

Questa versione della saldatrice utilizza anche la limitazione della tensione di uscita, ma non è prevista la stabilizzazione della corrente. C'è un altro imbarazzo, e piuttosto serio. Come viene caricato il condensatore C30? In linea di principio, durante la pausa, il nucleo dovrebbe essere pre-smagnetizzato, cioè La polarità della tensione sugli avvolgimenti del trasformatore di potenza deve essere modificata e in modo che i transistor non volino via, sono installati i diodi D7 e D8. Sembra che per un breve periodo al terminale superiore del trasformatore di potenza dovrebbe apparire una tensione di 0,4...0,6 volt inferiore al filo comune; questo è un fenomeno abbastanza breve e ci sono alcuni dubbi che il C30 avrà tempo per caricare. Dopotutto, se non si carica, il braccio superiore della sezione di potenza non si aprirà: non ci sarà spazio da cui possa provenire la tensione di boost del driver IR2110.
In generale, ha senso riflettere su questo argomento in modo più approfondito...
Esiste un'altra versione della saldatrice, realizzata secondo la stessa topologia, ma utilizzava parti domestiche e in grandi quantità. Lo schema elettrico è mostrato di seguito:

AUMENTO

La prima cosa che attira la tua attenzione è la parte di alimentazione: 4 pezzi di IRFP460 ciascuno. Inoltre l'autore nell'articolo originale sostiene che la prima versione era assemblata su un IRF740, 6 pezzi per braccio. Questo è veramente un “bisogno di invenzioni astute”. Qui dovresti immediatamente effettuare una memorizzazione: nell'inverter di saldatura è possibile utilizzare sia transistor IGBT che transistor MOSFET. Per non confonderci con definizioni e piedinature, ricamiamo un disegno di questi stessi transistor:

Inoltre, è opportuno notare che questo circuito utilizza sia la limitazione della tensione di uscita sia una modalità di stabilizzazione della corrente, che è regolata da un resistore variabile da 47 Ohm: la bassa resistenza di questo resistore è l'unico inconveniente di questa implementazione, ma se si se lo desideri, puoi trovarne uno e aumentare questo resistore a 100 Ohm non è fondamentale, dovrai solo aumentare i resistori di limitazione.
Un'altra versione della saldatrice ha attirato la mia attenzione mentre studiavo siti stranieri. Anche questo dispositivo ha una regolamentazione attuale, ma non è fatto in modo molto ordinario. Il pin di controllo della corrente viene inizialmente alimentato con una tensione di polarizzazione e quanto più alta è, tanto minore è la tensione richiesta dal trasformatore di corrente, quindi minore sarà la corrente che scorrerà attraverso la sezione di potenza. Se la tensione di polarizzazione è minima, per ottenere la corrente operativa del limitatore sarà necessaria una tensione più elevata dal trasformatore, il che è possibile solo quando una corrente elevata scorre attraverso l'avvolgimento primario del trasformatore.
Lo schema elettrico di questo inverter è mostrato di seguito:

AUMENTO

In questo circuito della saldatrice, all'uscita sono installati condensatori elettrolitici. L'idea è certamente interessante, ma questo dispositivo richiederà elettroliti con una piccola ESR e a 100 volt tali condensatori sono piuttosto problematici da trovare. Pertanto, mi rifiuterò di installare elettroliti e installerò un paio di condensatori MKP X2 da 5 µF, utilizzati nelle cucine a induzione.

ASSEMBLIAMO LA TUA SALDATRICE

ACQUISTIAMO PARTI

Prima di tutto, dirò subito che assemblare da soli una saldatrice non è un tentativo di rendere la macchina più economica di quella acquistata in negozio, poiché alla fine potrebbe risultare che la macchina assemblata sarà più costosa di quella acquistata in negozio. fabbrica uno. Tuttavia, questa idea ha anche i suoi vantaggi: questo dispositivo può essere acquistato con un prestito senza interessi, poiché non è affatto necessario acquistare l'intero set di parti in una volta, ma effettuare acquisti poiché nel budget appare denaro gratuito.
Ancora una volta, studiare l'elettronica di potenza e assemblare da soli un inverter di questo tipo fornisce un'esperienza preziosa che ti consentirà di assemblare dispositivi simili, adattandoli direttamente alle tue esigenze. Ad esempio, assembla un caricabatterie di avviamento con una corrente di uscita di 60-120 A, assembla una fonte di alimentazione per un taglierino al plasma - sebbene sia un dispositivo specifico, è MOLTO utile per chi lavora con il metallo.
Se a qualcuno sembra di essere caduto nella pubblicità di Ali, allora dirò subito: sì, sto pubblicizzando Ali, perché sono soddisfatto sia del prezzo che della qualità. Con lo stesso successo posso pubblicizzare il pane a fette del panificio Ayutinsky, ma compro il pane nero da Krasno-Sulinsky. Preferisco il latte condensato e te lo consiglio, "Mucca di Korenovka", ma la ricotta è molto meglio del caseificio Tatsinsky. Quindi sono pronto a pubblicizzare tutto ciò che ho provato io stesso e che mi è piaciuto.

Per assemblare la saldatrice avrete bisogno dell'attrezzatura aggiuntiva necessaria per l'assemblaggio e la configurazione della saldatrice. Anche questa attrezzatura costa un po 'di soldi, e se hai davvero a che fare con l'elettronica di potenza, ne avrai bisogno in seguito, ma se assemblare questo dispositivo è un tentativo di spendere meno soldi, allora sentiti libero di abbandonare questa idea e andare al negozio per un inverter di saldatura già pronto.
Compro la stragrande maggioranza dei componenti da Ali. Devi aspettare da tre settimane a due mesi e mezzo. Tuttavia, il costo dei componenti è molto più economico che in un negozio di ricambi per radio, dove devo ancora percorrere 90 km.
Pertanto, fornirò immediatamente una breve istruzione su come acquistare al meglio i componenti su Ali. Fornirò i collegamenti alle parti utilizzate così come vengono menzionate e le fornirò ai risultati della ricerca, perché esiste la possibilità che tra un paio di mesi qualche venditore non avrà più questo prodotto. Fornirò anche i prezzi per i componenti menzionati per il confronto. I prezzi saranno in rubli al momento della stesura di questo articolo, ad es. metà marzo 2017.
Cliccando sul collegamento ai risultati della ricerca, va innanzitutto notato che l'ordinamento avviene in base al numero di acquisti di un particolare prodotto. In altre parole, hai già l'opportunità di vedere esattamente quanto di questo prodotto ha venduto un determinato venditore e quali recensioni ha ricevuto per questi prodotti. La ricerca di un prezzo basso non è sempre corretta: gli imprenditori cinesi cercano di vendere TUTTI i prodotti, quindi a volte ci sono elementi rietichettati, nonché elementi dopo lo smantellamento. Pertanto, guarda il numero di recensioni sul prodotto.

Se gli stessi componenti sono disponibili a un prezzo più interessante, ma il numero di vendite di questo venditore non è elevato, è opportuno prestare attenzione al numero totale di recensioni positive sul venditore.

È opportuno prestare attenzione alle fotografie: la presenza di una fotografia del prodotto stesso indica la responsabilità del venditore. E nella foto puoi vedere chiaramente che tipo di segni ci sono, questo spesso aiuta: i segni del laser e della vernice sono visibili nella foto. Compro transistor di potenza con segni laser, ma ho acquistato IR2153 con segni di vernice: i microcircuiti funzionano.
Se vengono scelti i transistor di potenza, molto spesso non disdegno lo smantellamento dei transistor: di solito hanno una differenza di prezzo abbastanza decente e per un dispositivo che assembli tu stesso, puoi utilizzare parti con gambe più corte. Non è difficile distinguere i dettagli anche da una foto:

Inoltre, più volte mi sono imbattuto in promozioni una tantum: i venditori senza valutazione generalmente mettono in vendita alcuni componenti a prezzi MOLTO ridicoli. Naturalmente, l'acquisto viene effettuato a proprio rischio e pericolo. Tuttavia, ho effettuato un paio di acquisti da venditori simili ed entrambi hanno avuto successo. L'ultima volta che ho acquistato condensatori MKP X2 da 5 µF per 140 rubli, 10 pezzi.

L'ordine è arrivato abbastanza rapidamente: poco più di un mese, 9 pezzi da 5 µF e uno esattamente della stessa dimensione a 0,33 µF 1200 V. Non ho aperto alcuna controversia: ho tutte le capacità per i giocattoli a induzione a 0,27 µF e come mi servirebbero addirittura 0,33 uF. E il prezzo è troppo ridicolo. Ho controllato tutti i contenitori: funzionavano, volevo ordinarne altri, ma c'era già un cartello: IL PRODOTTO NON È PIÙ DISPONIBILE.
Prima di questo ho smontato più volte IRFPS37N50, IRGP20B120UD, STW45NM50. Tutti i transistor sono in buone condizioni, l'unica cosa un po' deludente è che sull'STW45NM50 le gambe sono state rimodellate: su tre transistor (su 20) i cavi sono letteralmente caduti quando ho provato a piegarli per adattarli alla mia scheda. Ma il prezzo era troppo ridicolo per offendersi: 20 pezzi per 780 rubli. Questi transistor vengono ora utilizzati come transistor sostitutivi: il case viene tagliato fino al terminale, i fili vengono saldati e riempiti con colla epossidica. Uno è ancora vivo, sono passati due anni.

La questione dei transistor di potenza è ancora aperta, ma per qualsiasi saldatrice saranno necessari connettori per il portaelettrodo. La ricerca è stata lunga e piuttosto attiva. Il fatto è che la differenza di prezzo è molto confusa. Ma prima, riguardo alla marcatura dei connettori per la saldatrice. Ali usa i segni europei (beh, è ​​così che lo scrivono), quindi balleremo seguendo i loro segni. È vero, una danza chic non funzionerà: questi connettori sono sparsi in varie categorie, che vanno dai connettori USB, BLOW TORCHES e finiscono con ALTRO.

E per quanto riguarda il nome dei connettori, non tutto è liscio come vorremmo... Sono rimasto MOLTO sorpreso quando ho digitato DKJ35-50 nella barra di ricerca su Google Chrome e sul sistema operativo WIN XP e non ho ottenuto NESSUN RISULTATO, ma la stessa query sullo stesso Google Chrome, ma WIN 7 ha fornito almeno alcuni risultati. Bene, innanzitutto un piccolo segno:

DKZ	DKL	DKJ
			MASSIMO CORRENTE, A	DIAMETRO RISPOSTA/ TAPPO, MM	SEZIONE FILI, MM2
DKZ10-25	DKL10-25	DKJ10-25	200	9	10-25
DKZ35-50	DKL35-50	DKJ35-50	315	13	35-50
DKZ50-70	DKL50-70	DKJ50-70	400	13	50-70
DKZ70-95	DKL70-95	DKJ70-95	500	13	70-95

I connettori da 300-500 A, nonostante i fori e le spine siano gli stessi, in realtà sono in grado di condurre correnti diverse. Il fatto è che quando si gira il connettore, la parte della spina poggia contro l'estremità della parte accoppiata e poiché i diametri delle estremità dei connettori più potenti sono maggiori, si ottiene un'area di contatto maggiore, quindi il connettore può passare di più attuale.

Ho acquistato i connettori DKJ10-25 un anno fa e questo venditore non li offre più. Solo un paio di giorni fa ho ordinato un paio di DKJ35-50. L'ho comprato. È vero, dovevo prima spiegare al venditore: la descrizione dice che il filo è 35-50 mm2 e nella foto è 10-25 mm2. Il venditore ha assicurato che si tratta di connettori per cavi da 35-50 mm2. Vedremo cosa ci trasmetterà, c'è tempo per aspettare.
Non appena la prima versione della saldatrice avrà superato i test, inizierò ad assemblare la seconda versione con un set di funzioni molto più ampio. Non sarò modesto: uso una saldatrice ormai da più di sei mesi AuroraPRO INTER TIG 200 AC/DC IMPULSO(esiste esattamente lo stesso chiamato “CEDRO”). Mi piace molto il dispositivo e le sue capacità hanno semplicemente causato una tempesta di gioia.

Ma nel processo di padronanza della saldatrice sono emerse diverse carenze che vorrei eliminare. Non entrerò nei dettagli su cosa non mi è piaciuto esattamente, dato che il dispositivo non è davvero male, ma voglio di più. Ecco perché ho iniziato a sviluppare la mia saldatrice. Il dispositivo di tipo Barmaley sarà un dispositivo di addestramento e il prossimo dovrà superare l'attuale Aurora.

DETERMINIAMO LO SCHEMA PRINCIPALE DELLA SALDATRICE

Quindi, dopo aver esaminato tutte le opzioni del circuito che meritano attenzione, iniziamo ad assemblare la nostra saldatrice. Per prima cosa devi decidere un trasformatore di potenza. Non comprerò ferriti a forma di W: sono disponibili ferriti provenienti da trasformatori di linea e ce ne sono molte uguali. Ma la forma di questo nucleo è piuttosto particolare e su di essi non è indicata la permeabilità magnetica...
Dovrai effettuare diverse misurazioni di prova, ovvero realizzare un telaio per un nucleo, avvolgere su di esso una cinquantina di spire e, mettendo questo telaio sui nuclei, selezionare quelli con la stessa induttanza possibile. In questo modo verranno selezionati i nuclei che verranno utilizzati per assemblare un nucleo comune costituito da più nuclei magnetici.
Successivamente, dovrai scoprire quante spire devono essere avvolte sull'avvolgimento primario in modo che il nucleo non vada in saturazione e utilizzi la massima potenza complessiva.
Per fare ciò, puoi utilizzare l'articolo di Biryukov S.A. (DOWNLOAD), oppure puoi, in base all'articolo, costruire il tuo supporto per testare la saturazione del nucleo. Per me è preferibile il secondo metodo: per questo supporto utilizzo lo stesso microcircuito della saldatrice - UC3845. Innanzitutto questo mi permetterà di “toccare” di persona il microcircuito, verificare gli intervalli di regolazione e, installando una presa per microcircuiti nel supporto, potrò controllare questi microcircuiti immediatamente prima di installarli nella saldatrice.
Assembleremo il seguente diagramma:

Ecco un circuito di connessione quasi classico dell'UC3845. VT1 contiene uno stabilizzatore di tensione per il microcircuito stesso, poiché la gamma di tensioni di alimentazione del supporto stesso è piuttosto ampia. Qualsiasi VT1 in un pacchetto TO-220 con una corrente di 1 A e una tensione K-E superiore a 50 V.
Parlando di tensioni di alimentazione, è necessario un alimentatore con una tensione di almeno 20 volt. La tensione massima non supera i 42 volt: è comunque una tensione sicura per lavorare a mani nude, anche se è meglio non superare i 36. L'alimentatore deve fornire una corrente di almeno 1 ampere, cioè avere una potenza di 25 W e superiore.
Vale la pena considerare qui che questo supporto funziona secondo il principio del booster, quindi la tensione totale dei diodi zener VD3 e VD4 dovrebbe essere almeno 3-5 volt superiore alla tensione di alimentazione. Si sconsiglia vivamente di superare la differenza di oltre 20 volt.
Come alimentatore per il supporto, è possibile utilizzare un caricatore per auto con un classico trasformatore, senza dimenticare di inserire all'uscita di ricarica una coppia di condensatori da 1000 μF 50V. Impostiamo il regolatore della corrente di carica al massimo: il circuito non richiederà più del necessario.
Se non disponi di un alimentatore adatto e non hai nulla con cui assemblarlo, allora puoi ACQUISTARE UN ALIMENTATORE PRONTO, puoi sceglierne uno in custodia di plastica o uno di metallo. Prezzo da 290 rubli.
Il transistor VT2 serve a regolare la tensione fornita all'induttanza, VT3 genera impulsi sull'induttanza in esame e VT4 agisce come un dispositivo che smagnetizza l'induttanza, per così dire, un carico elettronico.
Il resistore R8 è la frequenza di conversione e R12 è la tensione fornita all'induttore. Sì, sì, proprio l'induttore, poiché anche se non abbiamo un avvolgimento secondario, questo pezzo del trasformatore non è altro che un comunissimo induttore.
I resistori R14 e R15 stanno misurando: con R15 il microcircuito controlla la corrente e con entrambi viene monitorata la forma della caduta di tensione. Due resistori vengono utilizzati per aumentare la caduta di tensione e ridurre la raccolta dei rifiuti da parte dell'oscilloscopio - terminale X2.
L'induttanza da testare è collegata ai terminali X3 e la tensione di alimentazione del supporto è collegata ai terminali X4.
Il diagramma mostra ciò che ho assemblato. Tuttavia, questo circuito presenta uno svantaggio piuttosto spiacevole: la tensione dopo il transistor VT2 dipende fortemente dal carico, quindi nelle mie misurazioni ho utilizzato la posizione del motore R12, in cui il transistor è completamente aperto. Se ricordi questo circuito, è consigliabile utilizzare un regolatore di tensione parametrico invece di un controller di campo, ad esempio, in questo modo:

Non farò nient'altro con questo supporto: ho un LATR e posso facilmente modificare la tensione di alimentazione del supporto collegando un normale trasformatore di prova tramite il LATR. L'unica cosa che dovevo aggiungere era un fan. VT4 funziona in modalità lineare e si riscalda abbastanza rapidamente. Per non surriscaldare il radiatore comune, ho installato una ventola e resistori limitatori.

La logica qui è abbastanza semplice: inserisco i parametri del core, eseguo i calcoli per il convertitore su IR2153 e imposto la tensione di uscita uguale alla tensione di uscita del mio alimentatore. Di conseguenza, per due anelli K45x28x8, per la tensione secondaria è necessario avvolgere 12 giri. Motaem...

Iniziamo con la frequenza minima: non devi preoccuparti di sovraccaricare il transistor: il limitatore di corrente funzionerà. Ci troviamo sui terminali X1 con un oscilloscopio, aumentiamo gradualmente la frequenza e osserviamo la seguente immagine:

Successivamente, creiamo una proporzione in Excel per calcolare il numero di spire nell'avvolgimento primario. Il risultato differirà in modo significativo dai calcoli del programma, ma comprendiamo che il programma tiene conto sia del tempo di pausa che della caduta di tensione sui transistor di potenza e sui diodi raddrizzatori. Inoltre, un aumento del numero di spire non porta ad un aumento proporzionale dell'induttanza: esiste una dipendenza quadratica. Pertanto, un aumento del numero di spire porta ad un aumento significativo della reattanza induttiva. Anche i programmi tengono conto di questo. Non faremo molto diversamente: per correggere questi parametri nella nostra tabella, introduciamo una diminuzione del 10% nella tensione primaria.
Successivamente costruiamo una seconda proporzione in base alla quale sarà possibile calcolare il numero di spire richiesto per le tensioni secondarie.
Prima delle proporzioni con il numero di giri, ci sono altre due piastre con le quali è possibile calcolare il numero di giri e l'induttanza dell'induttanza di uscita della saldatrice, anch'essa abbastanza importante per questo dispositivo.

In questo file le proporzioni sono a SCHEDA 2, SU SCHEDA 1 calcoli degli alimentatori a commutazione per un video sui calcoli in Excel. Dopotutto ho deciso di concedere l'accesso gratuito. Il video in questione è qui:

Una versione testuale su come compilare questa tabella e le formule iniziali.

Abbiamo terminato i calcoli, ma è rimasto un wormhole: il design dello stand, semplice come tre kopecks, ha mostrato risultati abbastanza accettabili. Posso montare uno stand a tutti gli effetti alimentato direttamente dalla rete 220? Ma la connessione galvanica alla rete non è molto buona. E anche rimuovere l'energia accumulata dall'induttanza utilizzando un transistor lineare non è molto buona: avrai bisogno di un transistor MOLTO potente con un ENORME dissipatore di calore.
Ok, non devi pensarci molto...

Sembra che abbiamo capito come scoprire la saturazione del nucleo, scegliamo il nucleo stesso.
È già stato detto che personalmente sono troppo pigro per cercare e acquistare ferrite a forma di W, quindi tiro fuori la mia scatola di ferriti dai trasformatori di linea e seleziono ferriti della stessa dimensione. Quindi creo un mandrino appositamente per un nucleo e lo avvolgo 30-40 giri: più giri, più accurati saranno i risultati della misurazione dell'induttanza. Devo scegliere gli stessi core.
Dopo aver piegato quelli risultanti in una struttura a forma di W, creo un mandrino e avvolgo un avvolgimento di prova. Dopo aver ricalcolato il numero di giri della primaria, si scopre che la potenza complessiva non sarà sufficiente: Barmalei contiene 18-20 giri della primaria. Prendo nuclei più grandi - avanzati da alcuni vecchi pezzi grezzi - e iniziano un paio d'ore di stupidità: controllando i nuclei secondo il metodo descritto nella prima parte dell'articolo, il numero di spire è addirittura maggiore di quello di un quad core , ma ne ho usati sei set e la dimensione è molto più grande...
Mi sto addentrando nei programmi di calcolo di "Old Man" - alias Denisenko. Per ogni evenienza, guido in un double core Ш20х28. Dal calcolo risulta che per una frequenza di 30 kHz il numero di spire del primario è 13. Ammetto l'idea che le spire “extra” siano avvolte per evitare la saturazione al 100%, e anche il divario deve essere compensato.

Prima di presentare i miei nuovi nuclei, ricalcolo l'area dei bordi arrotondati del nucleo e deriva i valori per i bordi presumibilmente rettangolari. Faccio il calcolo per un circuito a ponte, poiché in un convertitore a ciclo singolo vengono applicate TUTTE le tensioni primarie disponibili. Tutto sembra andare bene: puoi ottenere circa 6000 W da questi core.

Lungo il percorso, si scopre che c'è qualche errore nei programmi - dati completamente identici per i nuclei nei due programmi danno risultati diversi - ExcellentIT 3500 e ExcellentIT_9 trasmettono una potenza diversa del trasformatore risultante. La differenza è di diverse centinaia di watt. È vero, il numero di giri dell'avvolgimento primario è lo stesso. Ma se il numero di spire del primario è lo stesso, anche la potenza complessiva dovrebbe essere la stessa. Già un'altra ora è aumentato stupidità.
Per non costringere i visitatori a cercare i programmi di Starichka, li ha raccolti in un'unica raccolta e li ha confezionati in un archivio, che può essere SCARICATO. All'interno dell'archivio ci sono quasi tutti i programmi creati dal Vecchio che siamo riusciti a trovare. Ho visto anche una raccolta simile su qualche forum, ma non ricordo quale.
Per risolvere il problema che si è presentato, rileggo di nuovo l'articolo di Biryukov...
Accendo l'oscilloscopio sul resistore nel circuito sorgente e inizio a osservare i cambiamenti nella forma della caduta di tensione attraverso le diverse induttanze.
A piccole induttanze, in realtà c'è un'inflessione nella forma della caduta di tensione attraverso il resistore sorgente, ma su un quad core di TDKS è lineare almeno a una frequenza di 17 kHz, almeno a 100 kHz.
In linea di principio, è possibile utilizzare i dati dei programmi di calcolo, ma le speranze erano riposte e sono davvero andate in pezzi.
Ripiego lentamente le spire del nucleo dell'ingranaggio e lo faccio girare sul cavalletto, osservando i cambiamenti negli oscillogrammi. Davvero delle stronzate! La corrente è limitata dal supporto ancor prima che la curva di tensione inizi a piegarsi...
Non è possibile farcela con una spesa minima: anche se si aumenta il limite di corrente a 1 A, la caduta di tensione attraverso il resistore sorgente è ancora lineare, ma appare uno schema: dopo aver raggiunto una certa frequenza, il limite di corrente si disattiva e l'impulso la durata comincia a cambiare. Tuttavia, l'induttanza è troppo alta per questo supporto...
Non resta che verificare i miei sospetti e avvolgere un avvolgimento di prova da 220 volt e...
Prendo il mio mostro dallo scaffale: non lo uso da molto tempo.

Descrizione di questo stand con il disegno di un circuito stampato.
Capisco perfettamente che assemblare un supporto del genere per assemblare una saldatrice è un compito piuttosto laborioso, quindi i risultati delle misurazioni forniti sono solo un risultato intermedio per avere almeno un'idea di quali nuclei possono essere usato e come. Inoltre, durante il processo di assemblaggio, quando il circuito stampato per il saldatore funzionante sarà pronto, ricontrollerò ancora una volta i risultati ottenuti in queste misurazioni e proverò a sviluppare un metodo per l'avvolgimento senza errori di un trasformatore di potenza utilizzando il trasformatore finito tavola come banco di prova. Dopotutto, un piccolo supporto è abbastanza funzionale, ma solo per piccole induttanze. Puoi ovviamente provare a giocare con il numero di spire, riducendole a 2 o 3, ma anche invertire la magnetizzazione di un nucleo così massiccio richiede molta energia e non te la caverai con un alimentatore da 1 A. . La tecnica di utilizzo del cavalletto è stata ricontrollata utilizzando un nucleo tradizionale Ø16х20, piegato a metà. Per ogni evenienza, sono state aggiunte le dimensioni dei nuclei domestici a forma di W e le sostituzioni consigliate con quelli importati.
Quindi, sebbene la situazione con i core sia diventata più chiara, nel caso in cui i risultati verranno ricontrollati su un inverter a ciclo singolo.

Nel frattempo iniziamo a realizzare il cablaggio per il trasformatore della saldatrice. Puoi creare un laccio emostatico, puoi incollare un nastro. Mi sono sempre piaciuti di più i nastri: ovviamente sono superiori ai fasci in termini di intensità di manodopera, ma la densità dell'avvolgimento è molto più elevata. Pertanto, è possibile ridurre la tensione nel filo stesso, ad es. Nel calcolo non includere 5 A/mm2, come di solito si fa per questi giocattoli, ma, ad esempio, 4 A/mm2. Ciò faciliterà notevolmente il regime termico e molto probabilmente consentirà di ottenere un FV pari al 100%.
Il PV è uno dei parametri più importanti delle saldatrici, il PV lo è P durata IN inclusioni, ad es. tempo di saldatura continua a correnti prossime al massimo. Se il ciclo di lavoro è del 100% alla corrente massima, ciò trasferisce automaticamente la saldatrice alla categoria professionale. Tra l'altro anche per molti professionisti il ​​fotovoltaico è al 100% solo con una corrente in uscita pari a 2/3 della massima. Risparmiano sui sistemi di raffreddamento, ma penso che mi costruirò una saldatrice, quindi posso permettermi aree molto più grandi di dissipatori di calore per i semiconduttori, e fare in modo che il trasformatore abbia un regime termico più semplice...

Molto spesso, per costruire un inverter di saldatura, vengono utilizzati i tre principali tipi di convertitori ad alta frequenza, ovvero convertitori collegati secondo i seguenti circuiti: ponte asimmetrico o obliquo, mezzo ponte e ponte intero. In questo caso, i convertitori risonanti sono sottotipi di circuiti a mezzo ponte e a ponte intero. A seconda del sistema di controllo, questi dispositivi possono essere suddivisi in: PWM (modulazione di larghezza di impulso), PFM (controllo di frequenza), controllo di fase e possono anche esserci combinazioni di tutti e tre i sistemi.

Tutti i convertitori di cui sopra hanno i loro pro e contro. Affrontiamoli ciascuno separatamente.

Sistema a mezzo ponte con PWM

Lo schema a blocchi è mostrato di seguito:

Questo è forse uno dei convertitori push-pull più semplici, ma non per questo meno affidabili. Il "sovratensione" della tensione dell'avvolgimento primario del trasformatore di potenza sarà pari alla metà della tensione di alimentazione: questo è uno svantaggio di questo circuito. Ma se guardi dall'altra parte, puoi utilizzare un trasformatore con un nucleo più piccolo senza paura di entrare nella zona di saturazione, il che è anche un vantaggio. Per gli inverter di saldatura con una potenza di circa 2-3 kW, un modulo di potenza di questo tipo è piuttosto promettente.

Poiché i transistor di potenza funzionano in modalità hard switching, i driver devono essere installati per il loro normale funzionamento. Ciò è dovuto al fatto che quando funzionano in questa modalità, i transistor richiedono un segnale di controllo di alta qualità. È inoltre necessaria una pausa di assenza di corrente per evitare l'apertura contemporanea dei transistor, che provocherebbe il guasto di questi ultimi.

Una visione piuttosto promettente di un convertitore a mezzo ponte, il suo circuito è mostrato di seguito:

Un mezzo ponte risonante sarà un po' più semplice di un mezzo ponte PWM. Ciò è dovuto alla presenza di induttanza risonante, che limita la corrente massima dei transistor e la commutazione dei transistor avviene a corrente o tensione zero. La corrente che scorre attraverso il circuito di alimentazione avrà la forma di una sinusoide, che rimuoverà il carico dai filtri dei condensatori. Con questo disegno del circuito, i driver non sono necessariamente necessari; la commutazione può essere effettuata da un trasformatore di impulsi convenzionale. La qualità degli impulsi di controllo in questo circuito non è così significativa come nel precedente, ma dovrebbe comunque esserci una pausa senza corrente.

In questo caso, puoi fare a meno della protezione corrente e la forma della caratteristica corrente-tensione è , che non richiede la sua formazione parametrica.

La corrente di uscita sarà limitata solo dall'induttanza magnetizzante del trasformatore e, di conseguenza, potrà raggiungere valori abbastanza significativi nel caso in cui si verifichi un cortocircuito. Questa proprietà ha un effetto positivo sull'accensione e sulla combustione dell'arco, ma deve essere tenuta in considerazione anche nella scelta dei diodi di uscita.

In genere, i parametri di uscita vengono regolati modificando la frequenza. Ma la regolazione di fase offre anche alcuni vantaggi ed è più promettente per gli inverter di saldatura. Consente di aggirare un fenomeno spiacevole come la coincidenza di un cortocircuito con la risonanza e aumenta anche la gamma di regolazione dei parametri di uscita. L'uso del controllo di fase può consentire di variare la corrente di uscita nell'intervallo da 0 a I max.

Ponte asimmetrico o obliquo

Si tratta di un convertitore single-ended a flusso diretto, il cui schema a blocchi è riportato di seguito:

Questo tipo di convertitore è piuttosto popolare sia tra i normali radioamatori che tra i produttori di inverter per saldatura. I primissimi inverter di saldatura furono costruiti proprio secondo tali schemi: un ponte asimmetrico o “obliquo”. Immunità al rumore, una gamma abbastanza ampia di regolazione della corrente di uscita, affidabilità e semplicità: tutte queste qualità attirano ancora oggi i produttori.

Correnti piuttosto elevate che passano attraverso i transistor, un maggiore requisito per la qualità dell'impulso di controllo, che porta alla necessità di utilizzare potenti driver per controllare i transistor e requisiti elevati per i lavori di installazione in questi dispositivi e la presenza di grandi correnti di impulso, che in a sua volta aumentare i requisiti per - Questi sono svantaggi significativi di questo tipo di convertitore. Inoltre, per mantenere il normale funzionamento dei transistor, è necessario aggiungere catene RCD - smorzatori.

Ma nonostante gli svantaggi di cui sopra e la bassa efficienza del dispositivo, negli inverter di saldatura viene ancora utilizzato un ponte asimmetrico o "obliquo". In questo caso, i transistor T1 e T2 funzioneranno in fase, cioè si chiuderanno e si apriranno contemporaneamente. In questo caso, l'accumulo di energia non avverrà nel trasformatore, ma nella bobina dell'induttore Dr1. Ecco perché, per ottenere la stessa potenza con un convertitore a ponte, è necessario raddoppiare la corrente attraverso i transistor, poiché il ciclo di lavoro non supererà il 50%. Considereremo questo sistema in modo più dettagliato nei seguenti articoli.

Si tratta di un classico convertitore push-pull, il cui schema a blocchi è riportato di seguito:

Questo circuito consente di ricevere potenza 2 volte di più rispetto a quando si accende il tipo a mezzo ponte e 2 volte di più rispetto a quando si accende il tipo a ponte “obliquo”, mentre l'entità delle correnti e, di conseguenza, le perdite in tutti e tre i casi lo faranno essere uguale. Ciò può essere spiegato dal fatto che la tensione di alimentazione sarà uguale alla tensione di “azionamento” dell'avvolgimento primario del trasformatore di potenza.

Per ottenere la stessa potenza con un mezzo ponte (tensione di pilotaggio 0,5U) la corrente richiesta è 2 volte! inferiore a quello del caso a mezzo ponte. In un circuito a ponte intero con PWM, i transistor funzioneranno alternativamente: T1, T3 sono accesi e T2, T4 sono spenti e, di conseguenza, viceversa quando la polarità cambia. I valori dell'ampiezza della corrente che scorre attraverso questa diagonale vengono monitorati e controllati. Per regolarlo, ci sono due metodi più comunemente usati:

• Lasciare invariata la tensione di interruzione e modificare solo la durata dell'impulso di controllo;
• Effettuare modifiche al livello della tensione di interruzione in base ai dati del trasformatore di corrente lasciando invariata la durata dell'impulso di controllo;

Entrambi i metodi possono consentire variazioni della corrente di uscita entro limiti abbastanza ampi. Un ponte intero con PWM presenta gli stessi svantaggi e requisiti di un mezzo ponte con PWM. (Vedi sopra).

È il circuito convertitore ad alta frequenza più promettente per un inverter di saldatura, il cui schema a blocchi è mostrato di seguito:

Un ponte risonante non è molto diverso da un ponte PWM completo. La differenza è che con una connessione risonante, un circuito LC risonante è collegato in serie con l'avvolgimento del trasformatore. Tuttavia, il suo aspetto cambia radicalmente il processo di trasferimento di potenza. Le perdite diminuiranno, l'efficienza aumenterà, il carico sugli elettroliti in ingresso diminuirà e le interferenze elettromagnetiche diminuiranno. In questo caso, i driver per transistor di potenza dovrebbero essere utilizzati solo se vengono utilizzati transistor MOSFET con una capacità di gate superiore a 5000 pF. Gli IGBT possono funzionare solo con un trasformatore di impulsi. Descrizioni più dettagliate degli schemi verranno fornite negli articoli successivi.

La corrente di uscita può essere controllata in due modi: frequenza e fase. Entrambi questi metodi sono stati descritti in un semiponte risonante (vedi sopra).

Ponte intero con induttanza di dissipazione

Il suo circuito non è praticamente diverso dal circuito di un ponte risonante o semiponte, solo che invece di un circuito LC risonante, in serie al trasformatore è collegato un circuito LC non risonante. La capacità C, circa C≈22μF x 63V, funziona come un condensatore di bilanciamento e la reattanza induttiva dell'induttore L come una reattanza, il cui valore cambierà linearmente a seconda della variazione di frequenza. Il convertitore è controllato dalla frequenza. , All'aumentare della frequenza della tensione, aumenterà la resistenza dell'induttanza, riducendo così la corrente nel trasformatore di potenza. Un metodo abbastanza semplice e affidabile. Pertanto, un numero abbastanza elevato di inverter industriali è costruito secondo questo principio di limitazione dei parametri di uscita.

Recentemente ho assemblato un inverter per saldatura della Barmaley, per una corrente massima di 160 ampere, in versione monoscheda. Questo schema prende il nome dal suo autore: Barmaley. Ecco lo schema elettrico e il file PCB.

Circuito inverter per saldatura

Funzionamento dell'inverter: l'alimentazione proveniente da una rete monofase da 220 Volt viene raddrizzata, livellata da condensatori e fornita a interruttori a transistor, che convertono la tensione continua in tensione alternata ad alta frequenza fornita a un trasformatore di ferrite. Grazie all'alta frequenza abbiamo una riduzione delle dimensioni della power trance e di conseguenza utilizziamo la ferrite anziché il ferro. Poi c'è un trasformatore step-down, seguito da un raddrizzatore e uno starter.

Oscillogrammi per il controllo dei transistor ad effetto di campo. L'ho misurato su un diodo zener ks213b senza interruttori di alimentazione, fattore di riempimento 43 e frequenza 33.

Nella sua versione, tasti di accensione IRG4PC50U sostituiti con altri più moderni IRGP4063DPBF. Ho sostituito il diodo zener ks213b con due diodi zener da 15 volt e 1,3 watt collegati uno dopo l'altro, poiché il precedente dispositivo ks213b si surriscaldava. Dopo la sostituzione il problema è immediatamente scomparso. Tutto il resto rimane come nel diagramma.

Questo è un oscillogramma del collettore-emettitore dell'interruttore inferiore (secondo lo schema). Quando l'alimentazione è fornita a 310 volt tramite una lampada da 150 watt. L'oscilloscopio costa divisioni da 5 volt e divisioni da 5 µs. attraverso il divisore moltiplicato per 10.

Il trasformatore di potenza è avvolto su un nucleo B66371-G-X187, N87, E70/33/32 EPCOS Dati di avvolgimento: prima il piano primario, il secondario e ancora i resti del primario. Il filo sul primario e sul secondario ha un diametro di 0,6 mm. Primario: 10 fili 0,6 intrecciati insieme 18 giri (totale). La prima riga si adatta solo a 9 giri. Successivamente, metti da parte i resti del primario, avvolgi 6 giri di filo da 0,6 piegati in 50 pezzi e anche attorcigliati. E poi ancora i resti del primario, cioè 9 turni. Non dimenticare l'isolamento dell'intercalare (ho usato diversi strati di carta da contanti, 5 o 6, non lo facciamo più, altrimenti l'avvolgimento non entra nella finestra). Ogni strato era impregnato con resina epossidica.

Quindi assembliamo tutto, è necessario uno spazio di 0,1 mm tra le metà della ferrite E70 e mettiamo una guarnizione da una normale ricevuta di cassa sui nuclei esterni. Mettiamo tutto insieme e lo incolliamo insieme.

L'ho verniciato a spruzzo con vernice nera opaca, poi l'ho verniciato. Sì, quasi dimenticavo, quando giriamo ogni avvolgimento, lo avvolgiamo con del nastro adesivo - lo isoliamo, per così dire. Non dimenticare di segnare l'inizio e la fine degli avvolgimenti; questo sarà utile per le successive fasi e assemblaggi. Se la messa in fase del trasformatore non è corretta, l'apparecchio cuocerà a metà potenza.

Quando l'inverter è collegato alla rete, inizia la carica dei condensatori di uscita. La corrente di carica iniziale è molto elevata, paragonabile ad un cortocircuito, e può portare alla bruciatura del ponte a diodi. Per non parlare del fatto che anche per i condizionatori d'aria questo è irto di guasti. Per evitare un salto di corrente così brusco al momento dell'accensione, sono installati limitatori di carica del condensatore. Nel circuito di Barmaley si tratta di 2 resistori da 30 Ohm, con una potenza di 5 Watt ciascuno, per un totale di 15 Ohm x 10 Watt. Il resistore limita la corrente di carica dei condensatori e dopo averli caricati è possibile fornire alimentazione direttamente, bypassando questi resistori, come fa il relè.

Nella saldatrice secondo lo schema Barmaley, viene utilizzato il relè WJ115-1A-12VDC-S. Alimentazione bobina relè: 12 volt CC, carico di commutazione 20 Ampere, 220 Volt CA. Nei prodotti fatti in casa è molto comune l'uso di relè automobilistici da 12 Volt e 30 Ampere. Tuttavia, non sono progettati per commutare correnti fino a 20 A di tensione di rete, ma sono comunque economici, accessibili e soddisfano pienamente il loro compito.

Come resistore limitatore di corrente è meglio utilizzare un normale resistore a filo avvolto, resisterà a qualsiasi sovraccarico ed è più economico di quelli importati. Ad esempio, C5-37 V 10 (20 Ohm, 10 Watt, filo). Invece dei resistori, è possibile collegare in serie dei condensatori limitatori di corrente nel circuito a tensione alternata. Ad esempio K73-17, 400 Volt, capacità totale 5-10 µF. I condensatori sono da 3 uF, caricano una capacità di 2000 uF in circa 5 secondi. Il calcolo della corrente di carica del condensatore è il seguente: 1 µF limita la corrente a 70 milliampere. Risulta 3 uF al livello di 70x3 = 210 milliampere.

Alla fine ho messo tutto insieme e l'ho lanciato. Il limite di corrente era fissato a 165 ampere, ora mettiamo a posto l’inverter di saldatura. Il costo di un inverter fatto in casa è di circa 2.500 rubli: ho ordinato i dettagli su Internet.

Ho preso il filo dal negozio di riavvolgimento. Puoi anche rimuovere il filo dai televisori dal circuito di smagnetizzazione dal cinescopio (questo è quasi un secondario già pronto). L'acceleratore è stato realizzato da E65, striscia di rame larga 5 mm e spessa 2 mm - 18 spire. L'induttanza è stata regolata a 84 μH aumentando lo spazio tra le metà; era di 4 mm. Puoi anche avvolgerlo con filo da 0,6 mm invece che con una striscia, ma sarà più difficile stenderlo. Il primario del trasformatore può essere avvolto con un filo da 1,2 mm, un set di 5 pezzi da 18 spire, ma potete anche utilizzare fili da 0,4 mm per calcolare il numero di fili per la sezione che vi occorre, cioè ad es. , 15 pezzi da 0,4 mm 18 giri.

Dopo aver installato e configurato il circuito sulla scheda, ho assemblato tutto. Barmaley ha superato con successo i test: ha tirato con calma i tre e i quattro elettrodi. Il limite attuale è stato fissato a 165 A. Assemblato e testato il dispositivo: Arcee .

Discutere l'articolo SALDATURA INVERTER BARMALY

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Molto spesso, quando si costruiscono inverter di saldatura, vengono utilizzati tre tipi principali di convertitori ad alta frequenza: mezzo ponte, ponte asimmetrico (o "ponte obliquo") e ponte intero. Sotto le spoglie di un mezzo ponte e di un ponte intero, ci sono convertitori risonanti. A seconda del sistema di controllo dei parametri di uscita, i convertitori sono disponibili con PWM (ampiezza dell'impulso), con PFM (controllo della frequenza), con controllo di fase e combinazioni di questi tre. Tutti questi tipi di convertitori hanno i loro vantaggi e svantaggi. Cominciamo con un mezzo ponte con PWM. Lo schema a blocchi di un tale convertitore è mostrato in Fig. 3.

Questo è il convertitore più semplice della famiglia a due tempi, ma non per questo meno affidabile. Lo svantaggio di questo circuito è che l'oscillazione della tensione sull'avvolgimento primario del trasformatore di potenza è pari alla metà della tensione di alimentazione. D'altra parte, questo fatto è un vantaggio: puoi utilizzare un nucleo più piccolo senza timore di entrare in modalità saturazione.

Per gli inverter a bassa potenza (2 ZkW), un convertitore di questo tipo è molto promettente. Ma il controllo PWM richiede particolare attenzione durante l'installazione dei circuiti di potenza; è necessario installare i driver per controllare i transistor di potenza. I transistor di tale semiponte funzionano in modalità di commutazione difficile, quindi vengono poste maggiori richieste sui segnali di controllo.

Deve esserci un "tempo morto" tra due impulsi antifase, l'assenza di una pausa, o la sua durata insufficiente, porta sempre al verificarsi di una corrente passante attraverso i transistor di potenza.

Le conseguenze sono facilmente prevedibili: guasto dei transistor. Un tipo molto promettente di convertitore a semiponte è il semiponte risonante. Lo schema a blocchi di tale semiponte è mostrato in Fig. 4.

La corrente che scorre attraverso i circuiti di potenza ha una forma sinusoidale e questo rimuove il carico dai condensatori di filtro.

Con questo design, gli interruttori di alimentazione non richiedono driver! Per commutare i transistor di potenza è sufficiente un normale trasformatore di impulsi. La qualità degli impulsi di controllo non è così significativa come in un circuito PWM, anche se dovrebbe esserci una pausa ("tempo morto").

Un altro vantaggio è che questo circuito consente di fare a meno della protezione corrente e la forma della caratteristica corrente-tensione (caratteristica volt-ampere) ha una forma immediatamente decrescente e non richiede modellazione parametrica.

La corrente di uscita è limitata solo dall'induttanza magnetizzante del trasformatore e può raggiungere valori significativi durante un cortocircuito; questo deve essere tenuto in considerazione nella scelta dei diodi di uscita, ma questa proprietà ha un effetto positivo sull'accensione e sulla combustione dei diodi di uscita arco!

Di solito, i parametri di uscita vengono regolati modificando la frequenza, ma l'uso del controllo di fase offre molti più vantaggi ed è il più promettente per un inverter di saldatura, poiché consente di aggirare un fenomeno così spiacevole come la coincidenza della risonanza con il breve -modalità circuito e la gamma di regolazione dei parametri di uscita è molto più ampia. La regolazione di fase consente di modificare praticamente la corrente di uscita da 0 a Imax.

Lo schema successivo è un ponte asimmetrico, o “ponte obliquo”. Lo schema a blocchi di un tale convertitore è mostrato in Fig. 5.

Il ponte asimmetrico è un convertitore a flusso diretto a ciclo singolo.

Un convertitore di questa configurazione è molto apprezzato sia dai produttori di inverter per saldatura che dai radioamatori. I primi inverter per saldatura erano costruiti esattamente come un “ponte obliquo”. Semplicità e affidabilità, ampie opportunità per regolare la corrente di uscita, immunità al rumore: tutto ciò attrae ancora gli sviluppatori di inverter per saldatura.

E sebbene gli svantaggi di un tale convertitore siano piuttosto significativi, si tratta di grandi correnti attraverso i transistor, requisiti elevati per la forma degli impulsi di controllo, che implica l'uso di potenti driver per controllare gli interruttori di potenza, requisiti elevati per l'installazione di circuiti di potenza, grandi Le correnti impulsive impongono requisiti elevati ai condensatori del filtro di ingresso, ai condensatori elettrolitici non piacciono le grandi correnti impulsive. Per mantenere i transistor nell'ODZ (intervallo di valori consentiti), sono necessarie catene RCD (smorzatori).

Ma, nonostante tutte queste carenze e la bassa efficienza, il "ponte obliquo" è ancora oggi utilizzato negli inverter per saldatura. I transistor T1 e T2 funzionano in fase, aprendosi insieme e chiudendosi insieme. L'energia non viene immagazzinata nel trasformatore, ma nell'induttore di uscita dell'induttore. Il duty cycle non supera il 50%, motivo per cui per ottenere la stessa potenza con un convertitore a ponte è necessaria il doppio della corrente nei transistor. Il funzionamento di un tale convertitore verrà esaminato più in dettaglio utilizzando l'esempio di un vero inverter di saldatura.

Il prossimo tipo di convertitore è un full bridge con PWM. Convertitore push-pull classico! Lo schema a blocchi del ponte intero è mostrato in Fig. 6.

Il circuito a ponte permette di ottenere una potenza 2 volte maggiore di un mezzo ponte, e 2 volte maggiore di un “ponte obliquo”, con gli stessi valori di correnti e perdite di commutazione. Ciò è spiegato dal fatto che l'oscillazione della tensione dell'avvolgimento primario del trasformatore di potenza è uguale alla tensione di alimentazione.

Di conseguenza, per ottenere la stessa potenza, ad esempio, con un semiponte (in cui la tensione di pilotaggio è di 0,5U), la corrente attraverso i transistor sarà 2 volte inferiore! I transistor a ponte intero funzionano in diagonale quando T1 - T3 sono aperti, T2 - T4 sono chiusi e viceversa. Il trasformatore di corrente monitora il valore dell'ampiezza della corrente che scorre attraverso la diagonale accesa. È possibile regolare la corrente di uscita di tale convertitore in due modi:

1) modificare la durata dell'impulso di comando, lasciando invariata la tensione di interruzione;

2) modificare il livello della tensione d'interruzione proveniente dal trasformatore di corrente, lasciando invariata la durata degli impulsi di comando.

Entrambi questi metodi consentono di modificare la corrente di uscita entro un intervallo abbastanza ampio. Gli svantaggi e i requisiti di un ponte intero con PWM sono esattamente gli stessi di un mezzo ponte con PWM. (Vedi sopra). Infine, consideriamo il circuito convertitore RF più promettente per un inverter di saldatura: un ponte risonante. Lo schema a blocchi è mostrato in Fig. 7.

Come può sembrare a prima vista, il circuito a ponte risonante non è molto diverso da un ponte PWM, e questo è vero. In pratica viene inoltre introdotto solo un circuito risonante LC, collegato in serie al trasformatore di potenza. Tuttavia, l’introduzione di questa catena cambia completamente i processi di trasferimento di potenza. Le perdite si riducono, l'efficienza aumenta, il livello di interferenza elettromagnetica viene ridotto di ordini di grandezza e il carico sugli elettroliti in ingresso viene ridotto. Come puoi vedere, puoi rimuovere completamente la protezione corrente; i driver dei transistor di potenza potrebbero essere necessari solo se vengono utilizzati transistor MOSFET con una capacità di gate maggiore di 5000pF. Per i transistor IGBT è sufficiente un trasformatore di impulsi.

La corrente di uscita del convertitore risonante può essere controllata in due modi: frequenza e fase. Entrambi sono stati menzionati prima, nella descrizione del semiponte risonante. E l'ultimo tipo di convertitore RF è un ponte intero con induttanza di dispersione. Il suo circuito non è praticamente diverso dal circuito di un ponte risonante (mezzo ponte), proprio come il circuito LC è collegato in serie al trasformatore, solo che non è risonante. C = 22 µFx63V funziona da condensatore di bilanciamento, e L dell'induttore funge da reattanza, il cui valore dipende linearmente dalla frequenza. Il controllo di un tale convertitore è la frequenza. All’aumentare della frequenza aumenta la resistenza L. La corrente attraverso il trasformatore di potenza diminuisce. Semplice e affidabile. La maggior parte degli inverter industriali si basa su questo principio di regolazione e limitazione della corrente di uscita.

La parte di potenza della nostra saldatrice semiautomatica di tipo inverter fatta in casa si basa su un circuito a ponte asimmetrico o, come viene anche chiamato, un "ponte obliquo". Questo è un convertitore forward single-ended. I vantaggi di tale schema sono la semplicità, l'affidabilità, il numero minimo di parti e l'elevata immunità al rumore. Fino ad ora, molti produttori realizzano i loro prodotti utilizzando il design del "ponte obliquo". Inoltre, non puoi fare a meno degli svantaggi: si tratta di grandi correnti di impulso dall'alimentatore, di efficienza inferiore rispetto ad altri circuiti e di grandi correnti attraverso i transistor di potenza.

Schema a blocchi di un convertitore forward “ponte obliquo”

Lo schema a blocchi di tale dispositivo è mostrato in figura:

I transistor di potenza VT1 e VT2 funzionano nella stessa fase, ad es. si aprono e si chiudono contemporaneamente, quindi, rispetto a un ponte intero, la corrente che li attraversa è due volte più grande. Il trasformatore TT fornisce il feedback di corrente.
Puoi saperne di più su tutti i tipi di convertitori inverter per saldatrici dal libro.

Descrizione del circuito inverter

Saldatrice inverter semiautomatica, funzionante in modalità MMA (saldatura ad arco) e MAG (saldatura a filo speciale in ambiente gassoso).

Pannello di controllo

Sulla scheda di controllo sono installati i seguenti componenti dell'inverter: un oscillatore master con trasformatore di isolamento galvanico, unità di feedback di corrente e tensione, un'unità di controllo relè, un'unità di protezione termica e un'unità “anti-stick”.

Oscillatore principale

L'unità di controllo corrente (per la modalità MMA) e l'oscillatore principale (OG) sono assemblati sui microcircuiti LM358N e UC2845. UC2845 è stato scelto come MG, piuttosto che il più comune UC3845 a causa dei parametri più stabili del primo.

La frequenza di generazione dipende dagli elementi C10 e K19 e si calcola con la formula: f = (1800/(R*C))/2, dove R e C sono in kiloohm e nanofarad, la frequenza è in kilohertz. In questo circuito la frequenza è 49KHz.

Un altro parametro importante è il fattore di riempimento, calcolato utilizzando la formula Kzap = t/T. Non può essere superiore al 50%, in pratica è del 44-48%. Dipende dal rapporto tra i tagli C10 e R19. Se il condensatore viene preso il più piccolo possibile e il resistore il più grande possibile, il Kzap sarà vicino al 50%.

Gli impulsi SG generati vengono alimentati all'interruttore VT5, che opera sul trasformatore di isolamento galvanico (TGR) T1, avvolto su un nucleo EE25, utilizzato nelle unità elettroniche per l'avvio di lampade fluorescenti (reattori elettronici). Tutti gli avvolgimenti vengono rimossi e quelli nuovi vengono avvolti secondo lo schema. Invece del transistor IRF520, puoi utilizzare una qualsiasi di queste serie: IRF530, 540, 630, ecc.

Feedback attuale

Come accennato in precedenza, per saldatura ad arco Ciò che è importante è una corrente di uscita stabile, per il semiautomatico - una tensione costante. Sul trasformatore di corrente TT è organizzata la retroazione di corrente; si tratta di un anello di ferrite di dimensioni K 20 x 12 x 5, posto sul terminale inferiore (secondo lo schema) dell'avvolgimento primario del trasformatore di potenza. A seconda della corrente dell'avvolgimento primario T2, l'ampiezza dell'impulso dell'oscillatore principale diminuisce o aumenta, mantenendo invariata la corrente di uscita.

Feedback di tensione

Saldatura semiautomatico il tipo di inverter richiede un feedback di tensione; per questo, in modalità MAG, l'interruttore S1.1 fornisce la tensione dall'uscita del dispositivo all'unità di regolazione della tensione di uscita, montata sugli elementi R55, D18, U2. Il potente resistore K50 imposta la corrente iniziale. E con i contatti S1.2, la chiave sul transistor VT1 cortocircuita il regolatore R2 alla corrente massima e la chiave VT3 disabilita la modalità "anti-stick" (spegnendo il GB quando l'elettrodo si attacca).

Blocco di protezione termica

Una saldatrice semiautomatica fatta in casa include un circuito di protezione dal surriscaldamento: questo è fornito da un'unità sui transistor VT6, VT7. I sensori di temperatura a 75 gradi C (ce ne sono due, normalmente chiusi, collegati in serie) sono installati sul radiatore dei diodi di uscita e su uno dei radiatori dei transistor di potenza. Quando la temperatura viene superata, il transistor VT6 mette in cortocircuito a terra il pin 1 dell'UC2845 e interrompe la generazione di impulsi.

Centralina relè

Questo blocco è assemblato su un microcircuito DD1 CD4069UB (analogo a 561LN2) e un transistor VT14 BC640. Questi elementi forniscono la seguente modalità di funzionamento: quando si preme il pulsante, il relè della valvola gas si accende immediatamente, dopo circa un secondo il transistor VT17 consente l'avvio del generatore e contemporaneamente si accende il relè del meccanismo di estrazione.

I relè che comandano il “tiro” e la valvola gas, così come i ventilatori, sono alimentati dallo stabilizzatore presente sull'MC7812 montato sulla scheda di controllo.

Unità di potenza basata su transistor HGTG30N60A4

Dall'uscita TGR, gli impulsi pregenerati dai driver sui transistor VT9 VT10 vengono forniti agli interruttori di potenza VT11, ME12. Gli "ammortizzatori" sono collegati parallelamente ai terminali collettore-emettitore di questi transistor: catene di elementi C24, D47, R57 e C26, D44, R59, che servono a mantenere i transistor potenti nell'intervallo di valori consentiti. Nelle immediate vicinanze dei tasti è presente un condensatore C28, assemblato da 4 condensatori da 1 micron x 630v. I diodi Zener Z7, Z8 sono necessari per limitare la tensione alle porte dell'interruttore a 16 volt. Ogni transistor è installato su un radiatore dal processore di un computer con una ventola.

Trasformatore di potenza e diodi raddrizzatori

L'elemento principale del circuito di saldatura semiautomatica è il potente trasformatore di uscita T2. È assemblato su due core E70, materiale N87 di EPCOS.

Calcolo di un trasformatore di saldatura

Le spire dell'avvolgimento primario si calcolano secondo la formula: N = (Upit * timp)/(Badd * Ssec),
dove Upit = 320V – tensione massima di alimentazione;
timp = ((1000/f)/2)*K – durata dell'impulso, K = (Kzap*2)/100 = (0,45*2)/100 = 0,9 timp = ((1000/49)/2 )*0,9 = 9.2;
Vdop = 0,25 – induzione ammissibile per il materiale del nucleo;
Sezione = 1400 – sezione centrale.
N = (320 * 9,2)/(0,25 * 1400) = 8,4, arrotondato a 9 giri.
Il rapporto tra spire secondarie e primarie dovrebbe essere circa 1/3, vale a dire avvolgiamo 3 giri dell'avvolgimento secondario.

Il trasformatore di potenza può essere avvolto su diverse dimensioni standard; le spire si calcolano utilizzando la formula sopra riportata. Ad esempio, per un core 2 x E80 a f = 49Khz, spire del primario: 16, del secondario: 5.

Selezione della sezione trasversale dei fili degli avvolgimenti primari e secondari, avvolgimento del trasformatore

Selezioniamo la sezione trasversale del filo alla velocità di 1mm.kv = corrente di uscita 10A. Questo dispositivo dovrebbe produrre circa 190A sotto carico, quindi prendiamo la sezione secondaria di 19mm.kv (un fascio di 61 fili con un diametro di 0,63mm). La sezione trasversale del primario viene scelta in modo che sia 3 volte più piccola, vale a dire 6mm.q. (cablaggio di 20 fili con diametro 0,63 mm). La sezione del filo in funzione del suo diametro si calcola come: S = D²/1,27 dove D è il diametro del filo.

L'avvolgimento è effettuato su telaio in PCB da 1mm, senza guance laterali. Il telaio è montato su un telaio di legno in base alle dimensioni del nucleo. L'avvolgimento primario è avvolto (tutti i giri in uno strato). Poi 5 strati di carta spessa per trasformatore, con l'avvolgimento secondario sopra. Le bobine sono compresse con fascette di plastica. Quindi il telaio con gli avvolgimenti viene rimosso dal mandrino e impregnato di vernice in una camera a vuoto. La camera era composta da un barattolo da un litro con un coperchio ermetico e un tubo collegato al tubo di aspirazione del compressore dal frigorifero (puoi semplicemente immergere il trans nella vernice per un giorno, penso che si saturerà anche).