Латр для ремонта сварочных инверторов

Ремонт и доработки сварочных инверторов своими руками

Характеристики большинства бюджетных инверторов нельзя назвать выдающимися, в то же время мало кто откажется от удовольствия использовать оборудование со значительным запасом надёжности. Между тем существует немало способов усовершенствовать недорогой сварочный инвертор.

Типовая схема и принцип работы инвертора

Чем дороже сварочный инвертор, тем больше в его схеме вспомогательных узлов, задействованных в реализации специальных функций. А вот сама схема силового преобразователя остаётся практически неизменной даже у дорогостоящего оборудования. Этапы превращения сетевого электрического тока в сварочный достаточно легко проследить — на каждом из основных узлов схемы происходит определённая часть общего процесса.

С сетевого кабеля через защитный выключатель напряжение подаётся на выпрямительный диодный мост, сопряжённый с фильтрами высокой ёмкости. На схеме этот участок легко заметить, здесь расположены внушительные по размеру «банки» электролитических конденсаторов. У выпрямителя задача одна — «развернуть» отрицательную часть синусоиды симметрично вверх, конденсаторы же сглаживают пульсации, приводя направление тока практически к чистой «постоянке».

Схема работы сварочного инвертора

Далее по схеме находится непосредственно инвертор.

С понижающего трансформатора напряжение снимает выходной выпрямитель, ведь мы хотим сварку именно на постоянном токе. Благодаря выходному фильтру природа тока меняется с высокочастотного пульсирующего до практически прямой линии. Естественно, в рассмотренной цепи преобразований есть множество промежуточных звеньев: датчиков, управляющих и контрольных цепей, но их рассмотрение выходит далеко за рамки любительской радиоэлектроники.

Конструкция сварочного инвертора: 1 — конденсаторы фильтра; 2 — выпрямитель (диодная сборка); 3 — IGBT-транзисторы; 4 — вентилятор; 5 — понижающий трансформатор; 6 — плата управления; 7 — радиаторы; 8 — дроссель

Узлы, пригодные к модернизации

Важнейший параметр любого сварочного аппарата — вольт-амперная характеристика (ВАХ), за счёт неё и обеспечивается стабильное горение дуги при разной её длине. Правильная ВАХ создаётся микропроцессорным управлением: маленький «мозг» инвертора на ходу меняет режим работы силовых ключей и мгновенно подстраивает параметры сварочного тока. К сожалению, каким либо образом перепрограммировать бюджетный инвертор нельзя — управляющие микросхемы в нём аналоговые, а замена на цифровую электронику требует незаурядных знаний схемотехники.

Однако «умений» управляющей схемы вполне достаточно, чтобы нивелировать «криворукость» начинающего сварщика, ещё не научившегося стабильно удерживать дугу. Гораздо правильнее сосредоточиться на устранении некоторых «детских» болезней, первая из которых — сильный перегрев электронных компонентов, ведущий к деградации и разрушению силовых ключей.

Вторая проблема — использование радиоэлементов сомнительной надёжности. Устранение этого недостатка сильно снижает вероятность возникновения поломок через 2–3 года эксплуатации аппарата. Наконец, даже начинающему радиотехнику будет вполне по силам реализовать индикацию фактического сварочного тока для возможности работы со специальными марками электродов, а также провести ряд других мелких доработок.

Улучшение теплоотвода

Первый недостаток, которым грешит подавляющее большинство недорогих инверторных аппаратов — плохая схема отвода тепла с силовых ключей и выпрямительных диодов. Начинать доработку в этом направлении лучше с увеличения интенсивности принудительного обдува. Как правило, в сварочных аппаратах устанавливают корпусные вентиляторы с питанием от служебных цепей напряжением 12 В. В «компактных» моделях принудительное воздушное охлаждение может вовсе отсутствовать, что для электротехники такого класса, безусловно, нонсенс.

Достаточно просто увеличить воздушный поток путём установки нескольких таких вентиляторов последовательно. Проблема в том, что «родной» кулер скорее всего придётся снять. Чтобы эффективно работать в последовательной сборке, вентиляторы должны иметь идентичную форму и число лопастей, а также скорость вращения. Собрать одинаковые кулеры в «стопку» крайне просто, достаточно стянуть их парой длинных болтов по диаметрально противоположным угловым отверстиям. Также не стоит беспокоиться о мощности источника служебного питания, как правило её достаточно для установки 3–4 вентиляторов.

Если внутри корпуса инвертора недостаточно места для установки вентиляторов, можно приладить снаружи один высокопроизводительный «канальник». Его установка проще по той причине, что не требуется подключение к внутренним цепям, питание снимается с клемм кнопки включения. Вентилятор, разумеется, должен устанавливаться напротив вентиляционных жалюзеек, часть которых можно вырезать, чтобы снизить аэродинамическое сопротивление. Оптимальное направление потока воздуха — на вытяжку из корпуса.

Второй способ улучшить теплоотвод — замена штатных алюминиевых радиаторов на более производительные. Новый радиатор нужно выбирать с наибольшим количеством как можно более тонких рёбер, то есть с наибольшей площадью контакта с воздухом. Оптимально в этих целях использовать радиаторы охлаждения компьютерных ЦП. Процесс замены радиаторов довольно прост, достаточно соблюдать несколько простых правил:

1. Если штатный радиатор изолирован от фланцев радиоэлементов слюдой или резиновыми прокладками, их нужно сохранить при замене.
2. Для улучшения теплового контакта нужно использовать кремнийорганическую термопасту.
3. Если радиатор нужно подрезать, чтобы он поместился в корпус, обрезанные рёбра нужно тщательно обработать надфилем, чтобы снять все заусенцы, иначе на них будет обильно оседать пыль.
4. Радиатор должен быть плотно прижат к микросхемам, поэтому предварительно на нём нужно разметить и просверлить крепёжные отверстия, возможно, потребуется нарезать резьбу в теле алюминиевой подошвы.

Дополнительно отметим, что нет смысла менять штучные радиаторы отдельно стоящих ключей, замене подвергаются только теплоотводы интегральных схем или нескольких высокомощных транзисторов, установленных в ряд.

Индикация сварочного тока

Даже если на инверторе установлен цифровой индикатор установки тока, он показывает не реальное его значение, а некую служебную величину, масштабированную для наглядного отображения. Отклонение от фактической величины тока может составлять до 10%, что неприемлемо при использовании специальных марок электродов и работе с тонкими деталями. Получить реальное значение сварочного тока можно путём установки амперметра.

В пределах 1 тысячи рублей обойдётся цифровой амперметр типа SM3D, его даже можно аккуратно встроить в корпус инвертора. Основная проблема в том, что для измерения столь высоких токов требуется подключение через шунт. Его стоимость находится в пределах 500–700 рублей для токов в 200–300 А. Обратите внимание, что тип шунта должен соответствовать рекомендациям производителя амперметра, как правило, это вставки на 75 мВ с собственным сопротивлением порядка 250 мкОм для предела измерения в 300 А.

Установить шунт можно либо на плюсовую, либо на минусовую клемму изнутри корпуса. Обычно размеров соединительной шины достаточно для подключения вставки длиной около 12–14 см. Изгибать шунт нельзя, поэтому если длины соединительной шины недостаточно, её нужно заменить медной пластиной, косичкой из очищенного однопроволочного кабеля или отрезком сварочной жилы.

Амперметр подключается измерительными выходами к противоположным зажимам шунта. Также для работы цифрового прибора требуется подать напряжение питания в диапазоне 5–20 В. Его можно снять с проводов подключения вентиляторов или найти на плате точки с потенциалом для питания управляющих микросхем. Собственное потребление амперметра ничтожно.

Повышение продолжительности включения

Продолжительность включения в контексте сварочных инверторов более разумно называть продолжительностью нагрузки. Это та часть десятиминутного интервала, в которой инвертор непосредственно выполняет работу, оставшееся время он должен пребывать на холостом ходу и охлаждаться.

Для большинства недорогих инверторов реальная ПН составляет 40–45% при 20 °С. Замена радиаторов и устройство интенсивного обдува позволяют увеличить этот показатель до 50–60%, но это далеко не потолок. Добиться ПН порядка 70–75% можно путём замены некоторых радиоэлементов:

1. Конденсаторы обвязки ключей инвертора нужно поменять на элементы той же ёмкости и типа, но рассчитанные под более высокое напряжение (600–700 В);
2. Диоды и резисторы из обвязки ключей следует заменить на элементы с большей рассеиваемой мощностью.
3. Выпрямительные диоды (вентили), а также MOSFET или IGBT-транзисторы можно заменить на аналогичные, но более надёжные.

О замене самих силовых ключей стоит рассказать отдельно. Для начала следует переписать маркировку на корпусе элемента и найти подробный даташит на конкретный элемент. По паспортным данным выбрать элемент для замены достаточно просто, ключевыми параметрами служат пределы частотного диапазона, рабочее напряжение, наличие встроенного диода, тип корпуса и предельный ток при 100 °С. Последний лучше рассчитать собственноручно (для высоковольтной стороны с учётом потерь на трансформаторе) и приобрести радиоэлементы с запасом предельного тока около 20%. Из производителей такого рода электроники наиболее надёжными считаются International Rectifier (IR) или STMicroelectronics. Несмотря на довольно высокую цену, крайне рекомендуется приобретать детали именно этих брендов.

Намотка выходного дросселя

Одним из наиболее простых и в то же время самых полезных дополнений для сварочного инвертора будет намотка индуктивной катушки, сглаживающей пульсации постоянного тока, которые неизбежно остаются при работе импульсного трансформатора. Основная специфика такой затеи в том, что дроссель изготавливается индивидуально для каждого отдельного аппарата, а также может со временем корректироваться по мере деградации электронных компонентов или при изменении порога мощности.

Для изготовления дросселя понадобится всего ничего: изолированный медный проводник сечением до 20 мм 2 и сердечник, желательно из феррита. В качестве магнитопровода оптимально подойдёт либо ферритовое кольцо, либо сердечник броневого трансформатора. Если магнитопровод набран из листовой стали, его нужно просверлить в двух местах с отступом около 20–25 мм и стянуть заклёпками, чтобы иметь возможность беспроблемно прорезать зазор.

Дроссель начинает работать, начиная от одного полного витка, однако реальный результат виден, начиная с 4–5 витков. При испытаниях следует добавлять витки до тех пор, пока дуга не начнёт ощутимо сильно тянуться, мешая отрыву. Когда варить с отрывом станет затруднительно, нужно скинуть с катушки один виток и подключить параллельно дросселю лампу накаливания на 24 В.

Тонкая настройка дросселя выполняется с помощью сантехнического винтового хомута, которым можно уменьшить зазор в сердечнике, либо деревянного клина, которым этот зазор можно увеличить. Нужно добиваться, чтобы горение лампы при розжиге дуги было максимально ярким. Рекомендуется изготовить несколько дросселей для работы в диапазонах до 100 А, от 100 до 200 А и более 200 А.

Заключение

Все «навесные» дополнения, такие как дроссель или амперметр, лучше монтировать отдельной приставкой, которая включается в разрыв любой из сварочных жил посредством штекера типа байонет. Таким образом внутри корпуса инвертора сохранится достаточно пространства для вентиляции, а дополнительные устройства можно будет легко отключить за ненадобностью.

Нужно помнить, что кардинальной, глубокой модернизации провести не получится, иными словами, «РЕСАНТУ» в KEMPPI разумными силами и средствами не превратить. Однако изготовление приспособлений и мелкая доработка оборудования — отличный способ лучше изучить технологию дуговой сварки и проникнуться профессиональными тонкостями.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Источник

Решено Важно! Принципы ремонта импульсных сварочных преобразователей.

В данной теме предполагается собрать опыт ремонта импульсных сварочных преобразователей и мощных источников питания.
Вопросы по ремонту в этой теме ЗАПРЕЩЕНЫ. Для этого есть другая тема: https://monitor.net.ru/forum/threads/114562/
Если у кого есть наработки, просьба дополнять

Эта инструкция поможет Вам в ремонте импульсных (инверторных) сварочных аппаратов при отсутствии схемы. Так же она применима при ремонте любых мощных импульсных источников питания, собранных по топологии полумоста, косого полумоста и полного моста (кроме обратнохода). Данная инструкция предназначена для мастеров обладающих начальными знаниями в области импульсных источников питания (ИИП).
НЕ ЗАБЫВАЙТЕ О ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ. Часть схемы гальванически связана с сетью и её проверка заземлённым осциллографом невозможна без развязки.
Все описанное ниже носит рекомендательный характер, авторы не несут никакой ответственности за какие либо последствия использования материала.

Основная последовательность определения неисправности: открываем корпус, прозваниваем силовые элементы (мощные транзисторы и диоды) на предмет КЗ тестером. Ищем визуально подгоревшие элементы и цепи. Определяем тип ШИМ-контроллера. Ищем в Интернете даташит на него. Подаем на ШИМ-контроллер питание от внешнего источника питания, величина и ножки – из даташита. Проверяем наличие импульсов на выходах ШИМ-контроллера и затворах силовых ключей. Если все вышеописанное в норме то, не отключая внешнее питание ШИМ-контроллера, подаем на вход напряжение с ЛАТР-а вольт 40 или подаем сетевое напряжение через лампочку. Меряем напряжение на выходе, если отсутсвует, проверяем работу компараторов обратных связей. Если нет запуска без подключенного внешнего источника питания, проверяем исправность дежурного(ых) источника(ов) питания. Если имеет место быстрый перегрев, проверяем форму импульсов осциллографом на затворах мощных транзисторов, импульсы должны иметь крутые фронты.

1. Если ваш источник коротит сеть, то сначала отключите и проверьте тестером мощные транзисторы. Ключей может быть два в полумосте, косом полумосте; либо четыре в полном мосте. Учтите, что каждый ключ часто состоит из двух-четырех транзисторов. При этом коллекторы и эмиттеры (или стоки и истоки) этих транзисторов запараллелены, а затворы, каждый через свой низкоомный резистор 5-15 Ом, соединены с драйвером затвора. При проверке тестером (и для IGBT и для MOSFET) затвор не должен звониться ни с одним выводом, а коллектор-эмиттер (так же и сток-исток) звонятся как диод. Проверьте мощные высоковольтные диоды которые могут стоять параллельно ключам и выходные диоды (могут состоять из нескольких запараллеленных). При выходе из строя мощных транзисторов, как правило требуется замена резисторов в затворах.
2. Далее необходимо проверить схему управления. Для этого, не подключая мощные ключи, подайте питание на схему управления. Обычно она питается от отдельного маломощного источника напряжением 12-20В. Можно подать питание и извне. Проверьте осциллографом наличие управляющих импульсов на проводах идущих к затворам ключей. Амплитуда импульсов должна быть 12-15В Частота повторения 20-40кГц. Реже встречаются ИИП с частотой до 100 кГц. Коэффициент заполнения импульсов скорее всего будет близок к 45% т.к. при отсутствие выходного тока схема регулировки выведет ШИМ на максимум.
3. Если импульсы есть, то неисправна, как правило, только силовая часть. Заменяем неисправные ключи, проверяем затворные резисторы и через ЛАТР подаем на силовой каскад не более 40В, лучше через лампочку 100Вт. Можно не подключать выходные диоды, если нет уверенности в их исправности. На коллекторе (стоке) верхнего ключа должно быть постоянное напряжение 50-60В на его эмиттере и коллекторе нижнего должны быть импульсы амплитудой 50-60В совпадающие с управляющими. На выходных обмотках силового трансформатора должны быть те же импульсы, но с амплитудой в К раз меньше. Для сварочных ИИП, К обычно равен 3.
4. Теперь подключаем выпрямительные диоды и проверяем напряжение после них. Должно быть постоянное напряжение амплитудой равное импульсам во вторичной обмотке силового трансформатора.
5. Если всё нормально, то можно увеличивать сетевое напряжение до нормы (220-380) , ещё раз проверяем импульсы на затворах, коллекторах и вторичках транса. Теперь можно убрать лампочку и подключить нагрузку. В качестве нагрузки можно использовать нихромовую или железную проволоку диаметром несколько миллиметров. При необходимости для охлаждения её можно поместить в ведро с водой.
6. Если при проверке по п2 на затворах нет импульсов, то придётся ремонтировать схему управления. Проследите по плате цепи от затворов до ШИМ-контроллера. Обычно между ними включён(ы) ТГР (трансформатор гальванической развязки на маленьком кольце) и(или) микросхема-драйвер, например из серии IR21XX. Проследите с каких выводов ШИМ-контроллера снимаются управляющие импульсы и куда подается питание. Этой информации достаточно чтобы определить марку ШИМ-контроллера, если её маркировку не видно. Далее надо найти datasheet на этот контроллер, там есть вся необходимая информация по «обвязке» контроллера. Чаще всего используют контроллеры TL494, UC3825, UC384* UC3875 (для полного фазосдвигающего моста).
7. В схеме управления могут использоваться как встроенные операционные усилители контроллера, так и внешние ОУ. Сравнивая документацию с платой можно понять, используются ли встроенные ОУ. В сварочных ИИП на ОУ сигнал обратной связи поступает чаще всего с токового трансформатора (намотанного на маленьком кольце) имеющего один виток в цепи силовых ключей. В более сложных ИИП могут использоваться в качестве датчиков тока шунты, датчики Холла. Может обратная связь иметь и второй канал по напряжению.

Источник