Зварювальний апарат на конденсаторах своїми руками. Робота над напівавтоматом саморобним зварювальним: технологія виготовлення Схема підключення конденсаторів до зварювального

Купив я якось свій напівавтомат трансформаторний. Ну думав мені його вистачить на довго, тому що я планував його для зварювання та ремонту кузовів автомобіля. У результаті я був розчарований тим, що тонкий метал він просто спалював у момент торкання зварювального дроту про поверхню, що зварюється. А товстий метал приблизно 4 мм товщини він просто не проварював як слід.

Внаслідок цього мені хотілося просто викинути його. Назад до магазину його не понесеш, тому що минуло багато часу, та й робота у мене не одна. Ось і було вирішено зібрати інвертор для мого девайсу щоб позбутися трансформатора котрий працював не зрозуміло як.

На малюнку власне сама схема. Цю схему було взято з основи зварювального інвертора на 250 ампера, який розробив Євген Родіков. За що йому дякую.

Правда довелося мені неабияк повозитися з цією схемою, щоб звичайний зварювальний інвертор у якого м'яка ВАХ (вольтамперна характеристика) стала жорсткою і щоб був зворотний зв'язок за напругою і можна було регулювати з 7 вольт до 25 вольт. Так як на напівавтоматі не потрібно регулювати струм, йому треба змінювати напругу. Що мною і було зроблено.

Для початку нам треба зібрати блок живлення який живитиме генератор і драйвера ключів.

Ось власне і схема блоку живлення, вона не складна і думаю не вдаватимуся в подробиці і так все зрозуміло.

Принцип роботи інвертора

Робота інвертора ось у чому. З мережі 220 вольт надходить на діодний міст і потім випрямляється відбувається зарядка конденсаторів великої ємності через струмообмежуючий резистор R11.Якби не резистор то стався б сильний бах із чого вийде з ладу діодний міст. Коли конденсатори зарядилися, таймер VT1,C6,R9,VD7 включає реле К1 тим самим шунтує струмообмежувальний резистор R11 і напруга в цей час на конденсаторах наростає до 310 вольта. і в цей же час включається реле К2, який розмикає ланцюг резистора R10, який блокує роботу ШІМ генератора, зібраного на мікросхемі UC3845. Сигнал з 6 ноги ШІМ генератора надходить на оптрон через резистори R12,R13. Далі проходячи через оптрони HCPL3120 на драйвера управління силовими транзисторами IGBT які запускають силовий трансформатор. після трансформатора виходить великий струм високої частоти і надходить на діоди, тим самим випрямляється. Контроль напруги і струму виконані на оптроні PC817 і струмовому датчику, побудований на феритовому кільці, через який пропущений провід силового трансформатора.

Початок збирання роботи інвертора

Саму збірку можна розпочинати як завгодно. Я особисто починав збирати з самого блоку живлення, який повинен живити шим генератор та драйвера ключів. Перевіривши працездатність блоку живлення вона у мене заробила без будь-яких доопрацювань та налаштувань. Наступним етапом я збирав таймер який повинен блокувати шим генератор і шунтувати струмообмежувальний резистор R11, переконавшись у його роботі, він повинен включати реле К1 і К2 протягом часу від 5 до 15 секунд. Якщо таймер спрацьовує швидше, ніж потрібно, то треба збільшити ємність конденсатора С6. Після чого я почав складання шим генератора і драйвера силових ключів в шим генераторі є один недолік з резисторами R7 він повинен мати опір 680 Ома R8 1,8ома і конденсатор C5 510p C3 2200p також переконався в правильній збірці виставив початкову частоту в 50 R1. При цьому сигнал формований шим генератором повинен бути строго прямокутним 50/50 і жодних сплесків і викидів з країв прямокутників показані на осцилограмі осцилографа. Після я зібрав силові ключі та подавши напругу мінус 310 вольт на нижні силові ключі. плюс верхніх силових ключів я подав харчування плюс 310 вольт через лампочку 220 вольт 200 ват на самій схемі не показано, але треба в живлення силових ключів плюс і мінус 310 вольта додати конденсатори 0,15 мкФ х 1000 вольт 14 штук. це потрібно для того, щоб викиди який буде створювати трансформатор йшли в ланцюг живлення силових ключів, ліквідуючи перешкоди в мережі 220 вольта. Після чого я почав збирати силовий трансформатор, а починалося у мене все так. Я не знаю який матеріал фериту намотав пробну обмотку наприклад 12 витків з мідного дроту 0,7 мм діаметром покритий лаком увімкнув його між плечами силових ключів і запустив схему, що переконався, що лампочка горить у підлогу напруження трохи почекавши приблизно 5 або 10 хвилин вимкнув схему з троянд давши розрядитися фільтруючим конденсаторам, щоб струмом не стукнуло перевірив сам сердечник силового трансу він не повинен нагріватися. Якщо він нагрівся я збільшив кількість обмоток і таким чином я дійшов до 18 витків. І так я намотав трансформатор з розрахунком перерізів, які написані на схемі.

Налаштування та перший запуск інвертора

Перед налаштуванням та першим пуском ще раз перевіряємо у правильній збірці. Переконуємося у правильному фазуванні силового трансформатора та датчика струму на маленькому кільці. Датчик струму зазвичай підбирається кількість витків дроту чим більше витків тим більше вихідний струм, але не варто нехтувати через те, що можна перевантажити силові ключі і вони запросто можуть вийти з ладу. У цьому випадку, якщо не знати матеріал фериту, найкраще почати з 67 витків і поступово збільшувати кількість витків до достатньої жорсткості дуги при зварюванні. Наприклад, у мене вийшло 80 витків, при цьому у мене не вантажиться мережа, не гріються силові ключі і природно немає шуму від силового трансформатора і дроселя на виході.

І так починаємо перший пуск і налаштування при включеній лампочці як описано вище при цьому купа конденсаторів з 14 штук по 0,15 мкФ повинні бути включені обов'язково на живлення ключів плюс і мінус 310 вольт. включаємо осцилограф на емітер та колектор нижнього плеча силових ключів. Перед цим ми не чіпляємо оптрон зворотного зв'язку за напругою, тимчасово залишаємо висіти на повітрі на осцилографі має бути прямокутний сигнал частоти, ми беремо викрутку і крутимо резистор R1 до появи невеликого загину на нижньому куті прямокутника. Крутити у бік зменшення частоти. Це буде говорити про перенасичення сердечника силового трансформатора. При загибі отриманої частоті записати його і порахувати робочу частоту сердечника силового трансформатора. Наприклад частота перенасичення 30 кГц вважаємо так 30 ділимо на 2 отримуємо 15 отримане число додаємо до частоти перенасичення 30 плюс 15 отримуємо 45. 45 кГц це наша робоча частота. При цьому лампочка повинна світитися майже непомітно тьмяно. струм споживання має перевищувати на повному холостому ходу 300 мА зазвичай 150 мА. дивитися осцилограф щоб не було сплесків напруги вище 400 вольт зазвичай 320 вольт. Як все буде готово чіпляємо до лампочки чайник або нагрівач або праска в 2000 Вт. На вихід чіпляємо провід пристойного перерізу, наприклад, від 5 квадратів 2 метри робимо коротке замикання при цьому лампочка не повинна горіти на всю яскравість вона повинна світитися трохи більше половини розжарення. Якщо вона світиться на всю яскравість, то потрібно ще раз перевірити датчик струму у фазуванні просто пропустити провід з іншого боку. У крайніх заходах зменшити кількість витків на датчику струму. Після того, як буде все готове тепер плюс живлення 310 вольт пустити на пряму без лампочки та нагрівача 2000 ватів. Не забуваємо про охолодження силових ключів радіатор із вентилятором найкраще підходить радіатор від комп'ютера старого зразка інтел пентіум або амд атом. Силові ключі повинні бути вкручені на радіатор без слюдяної прокладки та через тонкий шар термопровідну пасту КПТ8, щоб забезпечити максимальну ефективність охолодження. Радіатор треба робити окремо від верхнього та нижнього плеча півмоста. Діоди снабберів і діоди включені між живленням і трансформатором розмістити на тих же радіаторах, що і ключі, але вже через слюдяну прокладку, щоб уникнути короткого замикання. Всі конденсатори на нашому генераторі повинні бути саме плівкові з написом NPF цим ви уникнете не приємні моменти за погодних умов. Конденсатори на снабберах і на вихідних діодах повинні бути строго тільки типу К78-2 або СВВ81 жодне сміття туди не пхати, так як снаббери виконують важливу роль в цій системі і вони поглинають всю негативну енергію який створює силовий трансформатор.

Кнопку пуску напівавтомата, який знаходиться на рукаві пальника, потрібно зробити в розрив термодатчика перегріву. при такому розкладі напруга повинна бути не більше 55 вольта якщо вона досягає 100 вольта або більше бажано зменшити кількість витків, наприклад, відмотати 2 витки, щоб отримати потрібну нам напругу після того можна ставити конденсатор і оптрон зворотного зв'язку. Резистор R55 - це регулятор напруги R56 резистор обмеження максимальної напруги його краще припаювати в платі поряд де оптрон щоб уникнути стрибка при обриві регулятора і підбирати його в бік збільшення опору до потрібного максимального струму наприклад зробив до 27 вольта. Резистор R57 підстроювальний під викрутку для підлаштування мінімальної напруги, наприклад, 7 вольт.

Цей вид зварювання відноситься до точкового способу. Він зручний у випадку, коли потрібно приварювати невеликі деталі одна до одної, а одну і маленьку. Переважно конденсаторне зварювання використовують для роботи з кольоровими металами.

Як тільки з'явилася можливість проводити точне зварювання в домашніх умовах, метод став набирати популярності серед недосвідчених зварювальників. Така ситуація додала актуальності питання на сьогодні. Що таке цей процес і як власноруч зробити зварювання для домашнього використання? Це питання ми й постараємось сьогодні розібрати в деталях.

Перша відмінність, яка впадає у вічі, це швидкість зварювання та її екологічність. Стандартний прилад для конденсаторного зварювання працює на високій напрузі. Це і дозволяє заощадивши електроенергію, отримати якісний та рівний шов. Основне її застосування лежить у мікрозварюванні або при необхідності здійснити зварювання великих перерізів. Це відбувається за такого принципу:

1. Конденсатори збирають у собі необхідну кількість енергії;
2. Заряд перетворюється на тепло, яке використовується для зварювання.

Як згадували раніше, цей вид зварювання є екологічно безпечним. Прилади не потребують рідини для охолодження через відсутність теплових виділень. Ця перевага дозволяє додати час до терміну експлуатації конденсаторного пристрою.

Принцип роботи конденсаторного зварювання

У процесі зварювання точковим способом деталі піддаються затиску двома електродами, на які приходить короткочасний струм. Потім між електродами утворюється дуга, вона нагріває метал, розплавляючи його. Зварювальний імпульс приходить у роботу протягом 0,1 сек., він надає загальне ядро ​​розплавки для обох частин заготовок, що піддаються зварюванню. Коли імпульс знімається, деталі продовжують стискатися під тиском навантаження. В результаті одержуємо загальний зварний шов.

Існують вторинні обмотки, їх струм потрапляє на електроди, але в первинну обмотку, доводиться імпульс, який утворився при конденсаторному заряді. У конденсаторі накопичення заряду відбувається у проміжку між надходженням імпульсу на два електроди. Особливо хороші результати приходять, коли мова йде про або міді.Існує обмеження по тому, якою має бути товщина заготовок, вона не повинна перевищувати 1,5 мм. Може, це і мінус, але така схема чудово поводиться при зварюванні різнорідних матеріалів.

Види точкового зварювання

Розрізняють два основні види конденсаторного зварювання своїми руками:

1. Трансформаторний. При якій конденсатор розрядить енергозаряд на обмотку трансформаторного обладнання. При цьому заготовки розташовані у зварювальному полі, яке з'єднується із вторинною обмоткою.
2. Безтрансформаторний.

Переваги

Як і у всіх інших видів, самостійне конденсаторне зварювання відрізняється низкою позитивних особливостей:

1. При стабільній роботі є можливість заощадити електроенергію;
2. Надійність та практичність. Швидкість роботи дозволяє точковому зварюванню бути доступною при повітряному охолодженні;
3. Швидкість роботи;
4. Зварювальний струм дуже щільний;
5. Акуратність. Враховуючи дозу споживаної енергії, у дотику утворюється надійний шов, компактної товщини. Такий спосіб широко використовують для тонкого зварювання кольорового металу;
6. Економічність. Споживана потужність дорівнює 20 кВА максимум. Це відбувається за допомогою відбору потужності завдяки стабілізації напруги у мережі.

Схема збирання агрегату своїми руками

Через діодний міст (випрямний) проводиться первинна обмотка, потім підключається до джерела напруги. З тиристора йде сигнал на бруківку діагональ. Тиристор керується спеціальною кнопкою для запуску. Конденсатор підключають до тиристору, точніше до мережі, до діодного мосту, потім його виводять на обмотку (первинну). Щоб зарядити конденсатор, включається допоміжний ланцюг з діодним мостом та трансформатором.

Як джерело імпульсу використовують конденсатор, його ємність повинна бути 1000-2000 мкФ. Для конструкції системи виробляється трансформатор із сердечника типу Ш40, необхідний розмір 7 см. Щоб зробити первинну обмотку, потрібен провід діаметром 8 мм, який обмотується 300 разів. Вторинна обмотка передбачає використання мідної шини, 10 обмоток. Для входу використовують практично будь-які конденсатори, єдина вимога потужність 10 Ст, напруга 15.

Коли робота вимагатиме з'єднання заготовок до 0,5 см, варто застосувати деякі корективи в схему конструкції. Для зручнішого керування сигналом, використовують пусковик серії МТТ4К, він включає паралельні тиристори, діоди та резистор. Додаткове реле дозволить коригувати робочий час.

Таке саморобне конденсаторне зварювання працює при наступній послідовності дій:

1. Натискаємо кнопку пуску, вона запустить тимчасове реле;
2. Трансформатор включається за допомогою тиристорів, після реле відключається;
3. Резистор використовують визначення тривалості імпульсу.

Як відбувається процес зварювання?

Після того, як конденсаторне зварювання своїми руками зібрано, ми готові приступити до робіт. Для початку варто підготувати деталі, зачистивши їх від іржі та іншого бруду. Перед тим, як помістити заготовки між електродами, їх з'єднують у такому положенні, в якому їх потрібно зварювати. Потім запускається пристрій. Тепер можна стиснути електроди та прочекати 1-2 хвилини. Заряд, який накопичується у високоємнісному конденсаторі, пройде через приварне кріплення та поверхню матеріалу. В результаті він плавиться. Коли ці дії зроблено, можна приступати до наступних кроків і зварювати інші частини металу.

Перед зварювальними роботами в домашніх умовах варто приготувати такі матеріали, як наждачний папір, болгарка, ніж, викрутка, будь-який затискач або пасатижі.

Висновок

Конденсаторне зварювання дуже широко застосовують як вдома, так і в промисловій зоні, як ми бачимо, воно дуже зручне і просте в застосуванні, плюс до всього має велику кількість переваг. За допомогою наведеної інформації Ви зможете вивести свої знання на новий рівень і вдало застосуйте точкове зварювання на практиці.

slonik написав:

після випрямного мосту стоїть набір кондерів (в паралель 7 штук) і далі дросель. Так ось ці кондери передбачено, що можна їх підключати перемичками або поле випрямляча, або після дроселя, або взагалі відключати. ​​Так навіщо це потрібно? І де краще ставити ці кондери? І навіщо вони стоять?

Трибун писав(ла):

Для забезпечення умови стабілізації дугового проміжку джерело для напівавтоматичного зварювання повинно мати жорстку навантажувальну характеристику і високу швидкість наростання струму при КЗ. Ці вимоги особливо актуальні при зварюванні тонким дротом D0,6...0,8мм. Зі збільшенням діаметра дроту навантажувальна характеристика стає більш падаючою і необхідна швидкість наростання струму зменшується. Для корекції швидкості наростання струму, на класичних джерелах, дросель робиться з відведеннями (ВС300).

Судячи з заявленого струму 140А, джерело розраховане на зварювання тонким дротом і швидше за все конденсатор повинен включатися до дроселя. При цьому індуктивність дроселя має становити близько 0.2мГн. Включення конденсатора після дроселя практично завжди призводить до надмірно великої швидкості наростання струму, що не є добре (різко збільшується розбризкування).

valvol.ru

Електролітичні конденсатори у зварювальних інверторах

Віктор Бугаєв, Віталій Дідук, Максим Мусієнко

Алюмінієві електролітичні конденсатори – один із головних елементів, що забезпечують стабільність роботи високочастотних інверторів зварювальних апаратів. Надійні високоякісні конденсатори цього виду застосування виробляють компанії Hitachi, Samwha, Yageo.

У перших пристроях, що використовували метод електродугового зварювання, застосовувалися регульовані трансформатори змінного струму. Трансформаторні зварювальні апарати найбільш популярні та застосовуються до сьогодні. Вони надійні, прості в обслуговуванні, проте мають ряд недоліків: велика вага, високий вміст кольорових металів в обмотках трансформатора, мінімальний рівень автоматизації процесу зварювання. Подолати ці недоліки можливо при переході на більш високі частоти струму та зменшення розмірів вихідного трансформатора. Ідея зменшити розмір трансформатора за рахунок переходу від частоти електромережі 50 Гц на більш високу народилася ще у 40-х роках XX століття. Тоді це робили за допомогою електромагнітних перетворювачів-вібраторів. У 1950 році для цього стали використовувати електронні лампи - тиратрони. Однак у зварювальній техніці використовувати їх було небажано через низький ККД і невисоку надійність. Широке використання напівпровідникових приладів на початку 60-х років призвело до активного розвитку зварювальних інверторів, спершу – на тиристорній основі, а потім – на транзисторній. Розроблені на початку XXI століття біполярні транзистори із ізольованим затвором (IGBT-транзистори) дали новий імпульс розвитку інверторних апаратів. Вони можуть працювати на ультразвукових частотах, що дозволяє значно зменшити розміри трансформатора та масу апарату загалом.

Спрощено структурну схему інвертора можна з трьох блоків (рисунок 1). На вході стоїть безтрансформаторний випрямляч з паралельно підключеною ємністю, що дозволяє підняти напругу постійного струму до 300 В. Інверторний блок перетворює постійного струму в змінний високочастотний. Частота перетворення сягає десятків кілогерц. До складу блоку входить високочастотний імпульсний трансформатор, у якому відбувається зниження напруги. Цей блок може виготовлятися у двох варіантах – з використанням однотактних або двотактних імпульсів. В обох випадках транзисторний блок працює в ключовому режимі з можливістю регулювання часу увімкнення, що дозволяє регулювати струм навантаження. Вихідний випрямний блок перетворює змінний струм після інвертора в постійний струм зварювання.

Мал. 1. Спрощена структурна схема зварювального інвертора

Принцип роботи зварювального інвертора полягає у поетапному перетворенні напруги мережі. Спочатку мережна змінна напруга підвищується і випрямляється у попередньому блоці випрямлення. Постійна напруга живить високочастотний генератор на транзисторах IGBT в інверторному блоці. Високочастотна змінна напруга перетворюється на нижчу за допомогою трансформатора і подається на вихідний випрямний блок. З виходу випрямляча струм можна подавати на зварювальний електрод. Струм електрода регулюється схемотехнічно шляхом контролю глибини негативного зворотного зв'язку. З розвитком мікропроцесорної техніки розпочали виробництво інверторних напівавтоматів, здатних самостійно вибирати режим роботи та здійснювати такі функції як «антизалипання», високочастотне збудження дуги, утримання дуги та інші.

Алюмінієві електролітичні конденсатори у зварювальних інверторах

Основні компонентні складові зварювальних інверторів – це напівпровідникові компоненти, що знижують трансформатор та конденсатори. Сьогодні якість напівпровідникових компонентів настільки висока, що при правильній їх експлуатації проблем не виникає. Зважаючи на те, що пристрій працює на високих частотах і досить великих струмах, особливу увагу слід приділити стабільності роботи апарату – від неї безпосередньо залежить якість зварювальних робіт. Найбільш критичними компонентами в даному контексті є електролітичні конденсатори, від якості яких залежить надійність апарату і рівень внесених в електричну мережу перешкод.

Найбільш поширеними є алюмінієві електролітичні конденсатори. Вони найкраще підходять для використання у первинному джерелі мережного ІП. Електролітичні конденсатори мають високу ємність, велику номінальну напругу, малі габарити і здатні працювати на звукових частотах. Такі характеристики відносяться до безперечних переваг алюмінієвих електролітів.

Всі алюмінієві електролітичні конденсатори є послідовно накладеними шарами алюмінієвої фольги (анод конденсатора), паперової прокладки, ще одного шару алюмінієвої фольги (катод конденсатора) і ще одного шару паперу. Все це згортається в рулон і вміщується в герметичний контейнер. Від анодного та катодного шарів виводяться провідники для включення до ланцюга. Також алюмінієві шари додатково протруюють з метою збільшення площі їхньої поверхні і, відповідно, ємності конденсатора. При цьому ємність високовольтних конденсаторів зростає приблизно в 20 разів, а низьковольтних - в 100. Крім цього, вся дана конструкція обробляється хімічними речовинами для досягнення необхідних параметрів.

Електролітичні конденсатори мають досить непросту структуру, що зумовлює складність їх виготовлення та експлуатації. Характеристики конденсаторів можуть сильно змінюватися за різних режимів роботи та кліматичних умов експлуатації. Зі зростанням частоти та температури знижується ємність конденсатора та ЕПС. При зниженні температури ємність також падає, а ЕПС може зростати до 100 разів, що, своєю чергою, знижує гранично допустимий струм пульсацій конденсатора. Надійність імпульсних і вхідних мережевих конденсаторів, що фільтрують, в першу чергу, залежить від їх гранично допустимого струму пульсацій. Протікають струми пульсацій здатні розігрівати конденсатор, що спричиняє його ранній вихід з ладу.

В інверторах основні призначення електролітичних конденсаторів – підвищення напруги у вхідному випрямлячі та згладжування можливих пульсацій.

Значні проблеми в роботі інверторів створюють великі струми через транзистори, високі вимоги до форми імпульсів, що управляють, що передбачає використання потужних драйверів для управління силовими ключами, високі вимоги до монтажу силових ланцюгів, великі імпульсні струми. Усе це значною мірою залежить від добротності конденсаторів вхідного фільтра, для інверторних зварювальних апаратів потрібно особливо ретельно підбирати параметри електролітичних конденсаторів. Таким чином, у попередньому блоці випрямлення зварювального інвертора найбільш критичним елементом є електролітичний конденсатор, що фільтрує, встановлений після діодного моста. Рекомендовано встановлювати конденсатор у безпосередній близькості до IGBT та діодів, що дозволяє усунути вплив індуктивності проводів, що з'єднують пристрій із джерелом живлення, на роботу інвертора. Також встановлення конденсаторів поруч із споживачами зменшує внутрішній опір змінному струму джерела живлення, що запобігає збудженню підсилювальних каскадів.

Зазвичай конденсатор, що фільтрує, у двонапівперіодних перетворювачах вибирають таким, щоб пульсації випрямленої напруги не перевищували 5...10 В. Слід також враховувати, що на конденсаторах фільтра напруга буде більше в 1,41 рази, ніж на виході діодного моста. Таким чином, якщо після діодного мосту ми отримаємо 220 В пульсуючої напруги, то на конденсаторах буде вже 310 В постійної напруги. Зазвичай робоча напруга в мережі обмежується відміткою в 250 В, отже, на виході фільтра напруга буде 350 В. У поодиноких випадках мережна напруга може підніматися ще вище, тому конденсатори слід вибирати на робочу напругу не менше 400 В. Конденсатори можуть мати додатковий великим робочим струмам. Рекомендований верхній діапазон температур не менше 85...105°C. Вхідні конденсатори для згладжування пульсацій випрямленої напруги вибирають ємністю 470...2500 мкФ залежно від потужності апарату. При незмінному зазорі в резонансному дроселі збільшення ємності вхідного конденсатора пропорційно збільшує потужність, що віддається в дугу.

У продажу є ємності, наприклад, на 1500 та 2200 мкФ, але, як правило, замість одного використовують батарею конденсаторів – кілька компонентів однакової ємності, включених паралельно. Завдяки паралельному включенню зменшуються внутрішні опір та індуктивність, що покращує фільтрацію напруги. Також на початку заряду через конденсатори протікає дуже великий зарядний струм, близький до струму короткого замикання. Паралельне увімкнення дозволяє зменшити струм, що протікає через кожен конденсатор окремо, що збільшує термін експлуатації.

Вибір електролітів від Hitachi, Samwha, Yageo

На ринку електроніки сьогодні можна знайти велику кількість відповідних конденсаторів від відомих та маловідомих виробників. При виборі обладнання не слід забувати, що при подібних параметрах конденсатори дуже відрізняються якістю і надійністю. Найбільш добре себе зарекомендувала продукція від таких всесвітньо відомих виробників високоякісних алюмінієвих конденсаторів, як Hitachi, Samwha та Yageo. Компанії активно розробляють нові технології виробництва конденсаторів, тому їхня продукція має кращі характеристики порівняно з продукцією конкурентів.

Алюмінієві електролітичні конденсатори випускаються в декількох форм-факторах:

• для монтажу на друкованій платі;
• з посиленими висновками-засувками (Snap-In);
• з болтовими виводами (Screw Terminal).

У таблицях 1, 2 і 3 представлені серії вищезгаданих виробників, найбільш оптимальні для використання в попередньому блоці випрямлення, а їх зовнішній вигляд показаний на рисунках 2, 3 та 4 відповідно. Наведені серії мають максимальний термін служби (у межах сімейства конкретного виробника) та розширений температурний діапазон.

Таблиця 1. Електролітичні конденсатори виробництва Yageo

Таблиця 2. Електролітичні конденсатори виробництва Samwha

Таблиця 3. Електролітичні конденсатори виробництва Hitachi

Як видно з таблиць 1, 2 і 3, номенклатурна база досить широка, користувач має можливість зібрати конденсаторну батарею, параметри якої повною мірою забезпечать вимоги майбутнього зварювального інвертора. Найбільш надійними є конденсатори компанії Hitachi з гарантованим терміном експлуатації до 12000 годин, у той час як у конкурентів даний параметр становить до 10000 годин у конденсаторах Samwha серії JY і до 5000 годин у конденсаторах Yageo серій LC, NF, NH. Правда, цей параметр не вказує на гарантований вихід конденсатора з ладу після закінчення зазначеного рядка. Тут мається на увазі лише час використання при максимальному навантаженні та температурі. При використанні в меншому діапазоні температур термін експлуатації відповідно зросте. Після закінчення зазначеного рядка можливе також зменшення ємності на 10% та збільшення втрат на 10…13% під час роботи на максимальній температурі.

Мал. 2. Електролітичні конденсатори Yageo

Мал. 3. Електролітичні конденсатори Samwha

Мал. 4. Електролітичні конденсатори Hitachi

Примітно, що у кожній серії можна знайти різну конфігурацію виводів конденсатора – з посиленими виводами-засувками або болтовими виводами. Болтові висновки дають гарантовану надійність складання, а конденсатори з виводами-клапанцями до надійності додають ще й простоту монтажу на друковану плату.

Висновок

Розглянуті високоякісні алюмінієві електролітичні конденсатори виробництва компаній Hitachi, Samwha та Yageo дозволяють вирішити практично будь-яке завдання розробки високочастотного зварювального інверторного апарату. Відмінною особливістю представлених конденсаторів є їх розробка відповідно до вимог RoHS (Директива про обмеження використання деяких шкідливих речовин в електричному та електронному обладнанні) та інші екологічні норми. За консультацією щодо застосування, а також щодо придбання конденсаторів виробництва всіх трьох компаній можна звернутися до їх дистриб'ютора – компанії КОМПЕЛ.

Література

Отримання технічної інформації, замовлення зразків, замовлення та доставка.

www.compel.ru

Простий зварювальний напівавтомат своїми руками

Як зробити самостійно зварювальний напівавтомат. Це питання хвилює багатьох, оскільки вартість зварювального напівавтомата для побутових цілей від 300 $ і до 800 $. Промислові зварювальні напівавтомати ще дорожчі. Залишається лише один варіант – зібрати напівавтомат самостійно, своїми руками. Розглянемо, з яких основних вузлів та деталей складається зварювальний напівавтомат. Основою зварювального напівавтомата є зварювальний силовий трансформатор. Трансформатор бажано мати готовий, але можна самому виготовити. Основні вимоги до трансформатора - при напрузі на виході 10 - 20В забезпечення номінального вихідного струму до 60А. Для регулювання вихідної напруги, при намотуванні первинної обмотки необхідно робити відводи та передбачити варіант перемикання.

Звичайно, найскладнішим у домашньому виготовленні вузлом є механізм подачі дроту. Від його роботи безпосередньо залежатиме якість зварного шва та рівномірність подачі дроту. Найбільш підходящим варіантом виготовлення механізму подачі – це редуктор від автомобільного склоочисника у комплекті з електродвигуном.

Т.к. зварювання напівавтоматом проводиться постійним струмом, необхідно використовувати випрямляч. Тип випрямляча залежить від способу намотування зварювального трансформатора. Для нашого варіанту, з двома обмотками, використовують два випрямляючі діоди ДЛ161-200. Для бруківки схеми випрямляча - використовують чотири випрямляючі діоди. Конденсатор 30000х63В призначений для згладжування пульсацій напруги після випрямляча.

У ланцюгу постійного струму, після випрямляючих діодів, для поліпшення стабільності горіння дуги встановлюється дросель, намотаний на трансформаторний сердечник перетином не менше 35 мм х 35 мм, близько 20 витків дротом, діаметр якого не менше діаметра дроту на вторинній обмотці зварювального трансформатора.

Живлення електродвигуна приводного механізму подачі дроту від блоку живлення з вихідною напругою 12 - 15В та струмом близько 5А.

Ще в зварювальному напівавтоматі є:

електроклапан газу;

електромагнітний пускач включення зварювального напівавтомата;

рукав для подачі дроту

та інші дрібниці.

Схема зварювального напівавтомата вказана нижче:

Змінний резистор використовується для регулювання швидкості подачі дроту під час роботи напівавтомата. При натисканні на кнопку пуск синхронно включається клапан подачі газу і за допомогою реле К1 включається зварювальний трансформатор.

Ця схема зварювального напівавтомата є лише прикладом. При самостійному виготовленні схему напівавтомата можна змінити виходячи з наявних комплектуючих.

Розроблена в 30-х роках ХХ століття, технологія конденсаторного зварювання набула широкого поширення. Цьому сприяла низка факторів.

• Простота конструкції зварювального апарату. За бажання його можна зібрати своїми руками.
• Відносно низька енергоємність робочого процесу та малі навантаження, що створюються на електричну мережу.
• Висока продуктивність, що, безумовно, є важливим при випуску серійної продукції.
• Зниження термічного впливу на матеріали, що з'єднуються. Ця особливість технології дозволяє застосовувати її при зварюванні деталей малих розмірів, а також на видових поверхнях, де використання звичайних методів неминуче призвело б до небажаних деформацій матеріалу.

Якщо додати до цього, що для накладання якісних сполучних швів достатньо мати середній рівень кваліфікації, причини популярності цього способу контактного зварювання стають очевидними.

В основі технології лежить звичайне контактне зварювання. Відмінність у цьому, що струм подається на зварювальний електрод не безперервно, а вигляді короткого і потужного імпульсу. Це імпульс отримують, встановлюючи обладнання конденсатори великої ємності. В результаті вдається досягти добрих показників двох важливих параметрів.

1. Короткого часу термічного нагріву деталей, що з'єднуються. Цю особливість успішно використовують виробники електронних компонентів. Найкраще підходять для цього безтрансформаторні установки.
2. Висока потужність струму, що для якості шва значно важливіше за його напругу. Цю потужність одержують, використовуючи трансформаторні системи.

Залежно від вимог виробництва, вибирають один із трьох технологічних прийомів.

1. Точкове конденсаторне зварювання. Використовуючи короткий імпульс струму, що викидається конденсатором, з'єднують деталі в прецизійному машинобудуванні, електровакуумної та електронної техніки. Підходить дана технологія і для зварювання деталей, що значно відрізняються за товщиною.
2. Роликове накладання шва дозволяє отримати повністю герметичне з'єднання, що складаються з безлічі точок зварювання, що перекриваються. Це зумовлює застосування технології у процесі виготовлення електровакуумних, мембранних та сильфонних пристроїв.
3. Стикове зварювання, яке може бути здійснене як контактним, так і неконтактним способом. В обох випадках відбувається оплавлення у місці з'єднання деталей.

Галузь застосування

Області застосування технології різні, але з особливим успіхом її використовують для кріплення втулок, шпильок та іншого кріплення на листовий метал. З урахуванням особливостей процесу, його вдається адаптувати потреб багатьох галузей виробництва.

• Автомобілебудування, де необхідно надійно з'єднувати між собою кузовні панелі, виконані з листової сталі.
• Авіабудування, що висуває спеціальні вимоги до міцності зварних швів.
• Суднобудування, де, з урахуванням великих обсягів робіт, економія електроенергії та витратних матеріалів дає особливо суттєвий результат.
• Виробництво точних приладів, де неприпустимі значні деформації деталей, що з'єднуються.
• Будівництво, в якому широкого поширення набули конструкції з листового металу.

Всюди затребуване просте у пристрої та нескладне у використанні обладнання. З його допомогою можна налагодити випуск дрібносерійної продукції або облаштувати присадибну ділянку.

Саморобне конденсаторне зварювання

У магазинах можна без проблем придбати готове обладнання. Але через простоту його конструкції, а також низьку вартість і доступність матеріалів, багато хто воліє збирати апарати для конденсаторного зварювання своїми руками. Прагнення заощадити гроші зрозуміло, а виявити в мережі потрібну схему та докладний опис можна легко. Працює такий пристрій наступним чином:

• Струм направляють через первинну обмотку живильного трансформатора і діодний міст, що випрямляє.
• На діагональ моста подають сигнал тиристора, що управляє, обладнаного кнопкою запуску.
• У ланцюг тиристора вбудовують конденсатор, що служить накопичення зварювального імпульсу. Цей конденсатор також підключають до діагоналі діодного моста та приєднують до первинної обмотки трансформаторної котушки.
• При підключенні апарата конденсатор накопичує заряд, запитуючи допоміжну мережу. При натисканні кнопки цей заряд спрямовується через резистор та допоміжний тиристор у напрямку зварювального електрода. Допоміжна мережа при цьому вимикається.
• Для повторного заряджання конденсатора потрібно відпустити кнопку, розімкнувши ланцюг резистора і тиристора і знову підключивши допоміжну мережу.

Тривалість імпульсу струму регулюється за допомогою резистора, що управляє.

Це лише важливий опис роботи найпростішого обладнання для конденсаторного зварювання, пристрій якого можна вносити зміни, в залежності від розв'язуваних завдань і необхідних вихідних характеристик.

Необхідно знати

Тому, хто вирішив зібрати свій зварювальний апарат самостійно, слід звернути увагу на такі моменти:

• Рекомендована ємність конденсатора повинна становити близько 1000 - 2000 мкф.
• Для виготовлення трансформатора найкраще підходить сердечник різновиду Ш40. Його оптимальна товщина – 70 мм.
• Параметри первинної обмотки – 300 витків мідного дроту діаметром 8 мм.
• Параметри вторинної обмотки – 10 витків мідної шини з перерізом 20 квадратних міліметрів.
• Для керування добре підійде тиристор ПТЛ-50.
• Вхідна напруга має забезпечувати трансформатор потужністю не менше 10 Вт та вихідною напругою 15 В.

Маючи ці дані, можна зібрати цілком працездатний пристрій для точкового зварювання. І хоча воно буде не настільки досконалим і зручним, як обладнання заводського виготовлення, з його допомогою цілком можна буде освоїти ази професії зварювальника і навіть приступити до виготовлення різних деталей.

Алюмінієві електролітичні конденсатори – один із головних елементів, що забезпечують стабільність роботи високочастотних інверторів зварювальних апаратів. Надійні високоякісні конденсатори для цього виду застосування виробляють компанії.

У перших пристроях, що використовували метод електродугового зварювання, застосовувалися регульовані трансформатори змінного струму. Трансформаторні зварювальні апарати найбільш популярні та застосовуються до сьогодні. Вони надійні, прості в обслуговуванні, проте мають ряд недоліків: велика вага, високий вміст кольорових металів в обмотках трансформатора, мінімальний рівень автоматизації процесу зварювання. Подолати ці недоліки можливо при переході на більш високі частоти струму та зменшення розмірів вихідного трансформатора. Ідея зменшити розмір трансформатора за рахунок переходу від частоти електромережі 50 Гц на більш високу народилася ще у 40-х роках XX століття. Тоді це робили за допомогою електромагнітних перетворювачів-вібраторів. У 1950 році для цього стали використовувати електронні лампи - тиратрони. Однак у зварювальній техніці використовувати їх було небажано через низький ККД і невисоку надійність. Широке використання напівпровідникових приладів на початку 60-х років призвело до активного розвитку зварювальних інверторів, спершу – на тиристорній основі, а потім – на транзисторній. Розроблені на початку XXI століття біполярні транзистори із ізольованим затвором (IGBT-транзистори) дали новий імпульс розвитку інверторних апаратів. Вони можуть працювати на ультразвукових частотах, що дозволяє значно зменшити розміри трансформатора та масу апарату загалом.

Спрощено структурну схему інвертора можна з трьох блоків (рисунок 1). На вході стоїть безтрансформаторний випрямляч з паралельно підключеною ємністю, що дозволяє підняти напругу постійного струму до 300 В. Інверторний блок перетворює постійного струму в змінний високочастотний. Частота перетворення сягає десятків кілогерц. До складу блоку входить високочастотний імпульсний трансформатор, у якому відбувається зниження напруги. Цей блок може виготовлятися у двох варіантах – з використанням однотактних або двотактних імпульсів. В обох випадках транзисторний блок працює в ключовому режимі з можливістю регулювання часу увімкнення, що дозволяє регулювати струм навантаження. Вихідний випрямний блок перетворює змінний струм після інвертора в постійний струм зварювання.

Принцип роботи зварювального інвертора полягає у поетапному перетворенні напруги мережі. Спочатку мережна змінна напруга підвищується і випрямляється у попередньому блоці випрямлення. Постійна напруга живить високочастотний генератор на транзисторах IGBT в інверторному блоці. Високочастотна змінна напруга перетворюється на нижчу за допомогою трансформатора і подається на вихідний випрямний блок. З виходу випрямляча струм можна подавати на зварювальний електрод. Струм електрода регулюється схемотехнічно шляхом контролю глибини негативного зворотного зв'язку. З розвитком мікропроцесорної техніки розпочали виробництво інверторних напівавтоматів, здатних самостійно вибирати режим роботи та здійснювати такі функції як «антизалипання», високочастотне збудження дуги, утримання дуги та інші.

Алюмінієві електролітичні конденсатори у зварювальних інверторах

Основні компонентні складові зварювальних інверторів – це напівпровідникові компоненти, що знижують трансформатор та конденсатори. Сьогодні якість напівпровідникових компонентів настільки висока, що при правильній їх експлуатації проблем не виникає. Зважаючи на те, що пристрій працює на високих частотах і досить великих струмах, особливу увагу слід приділити стабільності роботи апарату – від неї безпосередньо залежить якість зварювальних робіт. Найбільш критичними компонентами в даному контексті є електролітичні конденсатори, від якості яких залежить надійність апарату і рівень внесених в електричну мережу перешкод.

Найбільш поширеними є алюмінієві електролітичні конденсатори. Вони найкраще підходять для використання у первинному джерелі мережного ІП. Електролітичні конденсатори мають високу ємність, велику номінальну напругу, малі габарити і здатні працювати на звукових частотах. Такі характеристики відносяться до безперечних переваг алюмінієвих електролітів.

Всі алюмінієві електролітичні конденсатори є послідовно накладеними шарами алюмінієвої фольги (анод конденсатора), паперової прокладки, ще одного шару алюмінієвої фольги (катод конденсатора) і ще одного шару паперу. Все це згортається в рулон і вміщується в герметичний контейнер. Від анодного та катодного шарів виводяться провідники для включення до ланцюга. Також алюмінієві шари додатково протруюють з метою збільшення площі їхньої поверхні і, відповідно, ємності конденсатора. При цьому ємність високовольтних конденсаторів зростає приблизно в 20 разів, а низьковольтних - в 100. Крім цього, вся дана конструкція обробляється хімічними речовинами для досягнення необхідних параметрів.

Електролітичні конденсатори мають досить непросту структуру, що зумовлює складність їх виготовлення та експлуатації. Характеристики конденсаторів можуть сильно змінюватися за різних режимів роботи та кліматичних умов експлуатації. Зі зростанням частоти та температури знижується ємність конденсатора та ЕПС. При зниженні температури ємність також падає, а ЕПС може зростати до 100 разів, що, своєю чергою, знижує гранично допустимий струм пульсацій конденсатора. Надійність імпульсних і вхідних мережевих конденсаторів, що фільтрують, в першу чергу, залежить від їх гранично допустимого струму пульсацій. Протікають струми пульсацій здатні розігрівати конденсатор, що спричиняє його ранній вихід з ладу.

В інверторах основні призначення електролітичних конденсаторів – підвищення напруги у вхідному випрямлячі та згладжування можливих пульсацій.

Значні проблеми в роботі інверторів створюють великі струми через транзистори, високі вимоги до форми імпульсів, що управляють, що передбачає використання потужних драйверів для управління силовими ключами, високі вимоги до монтажу силових ланцюгів, великі імпульсні струми. Усе це значною мірою залежить від добротності конденсаторів вхідного фільтра, для інверторних зварювальних апаратів потрібно особливо ретельно підбирати параметри електролітичних конденсаторів. Таким чином, у попередньому блоці випрямлення зварювального інвертора найбільш критичним елементом є електролітичний конденсатор, що фільтрує, встановлений після діодного моста. Рекомендовано встановлювати конденсатор у безпосередній близькості до IGBT та діодів, що дозволяє усунути вплив індуктивності проводів, що з'єднують пристрій із джерелом живлення, на роботу інвертора. Також встановлення конденсаторів поруч із споживачами зменшує внутрішній опір змінному струму джерела живлення, що запобігає збудженню підсилювальних каскадів.

Зазвичай конденсатор, що фільтрує, у двонапівперіодних перетворювачах вибирають таким, щоб пульсації випрямленої напруги не перевищували 5...10 В. Слід також враховувати, що на конденсаторах фільтра напруга буде більше в 1,41 рази, ніж на виході діодного моста. Таким чином, якщо після діодного мосту ми отримаємо 220 В пульсуючої напруги, то на конденсаторах буде вже 310 В постійної напруги. Зазвичай робоча напруга в мережі обмежується відміткою в 250 В, отже, на виході фільтра напруга буде 350 В. У поодиноких випадках мережна напруга може підніматися ще вище, тому конденсатори слід вибирати на робочу напругу не менше 400 В. Конденсатори можуть мати додатковий великим робочим струмам. Рекомендований верхній діапазон температур не менше 85...105°C. Вхідні конденсатори для згладжування пульсацій випрямленої напруги вибирають ємністю 470...2500 мкФ залежно від потужності апарату. При незмінному зазорі в резонансному дроселі збільшення ємності вхідного конденсатора пропорційно збільшує потужність, що віддається в дугу.

У продажу є ємності, наприклад, на 1500 та 2200 мкФ, але, як правило, замість одного використовують батарею конденсаторів – кілька компонентів однакової ємності, включених паралельно. Завдяки паралельному включенню зменшуються внутрішні опір та індуктивність, що покращує фільтрацію напруги. Також на початку заряду через конденсатори протікає дуже великий зарядний струм, близький до струму короткого замикання. Паралельне увімкнення дозволяє зменшити струм, що протікає через кожен конденсатор окремо, що збільшує термін експлуатації.

Вибір електролітів від Hitachi, Samwha, Yageo

На ринку електроніки сьогодні можна знайти велику кількість відповідних конденсаторів від відомих та маловідомих виробників. При виборі обладнання не слід забувати, що при подібних параметрах конденсатори дуже відрізняються якістю і надійністю. Найбільш добре себе зарекомендувала продукція від таких всесвітньо відомих виробників високоякісних алюмінієвих конденсаторів, як , і . Компанії активно розробляють нові технології виробництва конденсаторів, тому їхня продукція має кращі характеристики порівняно з продукцією конкурентів.

Алюмінієві електролітичні конденсатори випускаються в декількох форм-факторах:

• для монтажу на друкованій платі;
• з посиленими висновками-засувками (Snap-In);
• з болтовими виводами (Screw Terminal).

У таблицях 1, 2 і 3 представлені серії вищезгаданих виробників, найбільш оптимальні для використання в попередньому блоці випрямлення, а їх зовнішній вигляд показаний на рисунках 2, 3 та 4 відповідно. Наведені серії мають максимальний термін служби (у межах сімейства конкретного виробника) та розширений температурний діапазон.

Таблиця 1. Електролітичні конденсатори виробництва Yageo

Таблиця 2. Електролітичні конденсатори виробництва Samwha

Таблиця 3. Електролітичні конденсатори виробництва Hitachi

Як видно з таблиць 1, 2 і 3, номенклатурна база досить широка, користувач має можливість зібрати конденсаторну батарею, параметри якої повною мірою забезпечать вимоги майбутнього зварювального інвертора. Найбільш надійними є конденсатори компанії Hitachi з гарантованим терміном експлуатації до 12000 годин, у той час як у конкурентів даний параметр становить до 10000 годин у конденсаторах Samwha серії JY і до 5000 годин у конденсаторах Yageo серій LC, NF, NH. Правда, цей параметр не вказує на гарантований вихід конденсатора з ладу після закінчення зазначеного рядка. Тут мається на увазі лише час використання при максимальному навантаженні та температурі. При використанні в меншому діапазоні температур термін експлуатації відповідно зросте. Після закінчення зазначеного рядка можливе також зменшення ємності на 10% та збільшення втрат на 10…13% під час роботи на максимальній температурі.