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

Неисправности и ремонт сварочных аппаратов

Ремонт и эксплуатация сварочных трансформаторов

Самым слабым элементом сварочных трансформаторов является клеммная колодка, к которой подключаются сварочные кабели. Плохой контакт вместе с большим значением сварочного тока приводит к сильному нагреву соединения и подсоединенных к нему проводов. В результате разрушается само соединение, сгорает изоляция на концах обмоток, вследствие чего происходит замыкание.

Ремонт сварочного трансформатора в данном случае сводится к перебору греющегося соединения, зачистке контактных поверхностей и их зажиму с обеспечением плотного контакта всех элементов.

В числе других случаются следующие неисправности.

Самопроизвольное отключение сварочного аппарата. При включении трансформатора в сеть срабатывает его защита, в результате чего аппарат отключается. Это может происходить из-за замыканий в цепи высокого напряжения — между проводами и корпусом или проводов между собой. К срабатыванию защиты может приводить также замыкание между витками катушек или листами магнитопровода, а также пробой конденсаторов. При ремонте необходимо отключить трансформатор от сети, отыскать дефектное место и устранить неисправность — восстановить изоляцию, заменить конденсатор и т.п.

Сильное гудение трансформатора, сопровождающееся часто перегревом. Причиной может быть ослабление болтов, стягивающих листовые элементы магнитопровода, неисправности в креплении сердечника или механизма перемещения катушек, перегрузка трансформатора (чрезмерно длительная работа, высокое значение сварочного тока, большой диаметра электрода). К сильному гулу приводит также замыкание между сварочными кабелями или листами магнитопровода. Необходимо проверить и подтянуть все винты и болты, устранить нарушения в механизмах крепления сердечника и перемещения катушек, проверить и восстановить изоляцию в сварочных кабелях.

Чрезмерный нагрев сварочного аппарата. К наиболее частым причинам этого относится нарушение правил эксплуатации в виде установления сварочного тока выше допустимого значения, использования электрода большого диаметра или слишком продолжительной работы без перерыва. Необходимо соблюдать стандартный режим работы — устанавливать умеренные значения тока, применять электроды небольших диаметров, делать перерывы в работе для охлаждения аппарата.

Сильный нагрев может привести к замыканию между витками обмотки катушки вследствие сгорания изоляции, сопровождающегося обычно дымлением. Это самый серьезный случай, про который говорят, что аппарат «сгорел». Если это произошло, то ремонт сварочного аппарата потребует в лучшем случае проведения локального восстановления изоляции провода катушки, в худшем — полной ее перемотки. В последнем варианте для сохранения характеристик аппарата необходимо проводить перемотку проводом исходного сечения — с тем же количеством витков, что и было.

Низкое значение сварочного тока. Явление может наблюдаться при пониженном напряжении в питающей сети или неисправности регулятора сварочного тока.

Плохая регулировка сварочного тока. К этому могут приводить различные неисправности в механизмах регулирования тока, которые различаются в разных конструкциях сварочных трансформаторов. А именно, неисправности в винте регулятора тока, замыкание между зажимами регулятора, нарушение подвижности вторичных катушек из-за попадания посторонних предметов или иных причин, замыкание в дроссельной катушке и т.п. Необходимо снимать кожух с аппарата и исследовать конкретный механизм регулирования тока на предмет обнаружения неисправности. Простота устройства сварочного аппарата и доступность всех его компонентов для осмотра, облегчают поиск неисправности.

Внезапный обрыв сварочной дуги и невозможность зажечь ее снова. Вместо появления дуги наблюдаются только мелкие искры. Подобное может быть вызвано пробоем обмотки высокого напряжения на сварочную цепь, замыканием между сварочными проводами или нарушением их соединения с клеммами аппарата.

Потребление большого тока из сети при отсутствии нагрузки. К этому может приводить замыкание витков обмотки, устраняемое локальным восстановлением изоляции или полной перемоткой катушки.

Ремонт сварочных выпрямителей

Имеющаяся электронная часть — диодный выпрямитель и модуль управления — роднит сварочный выпрямитель с инвертором. Поэтому поиск неисправности предполагает проверку диодного моста и элементов платы управления. Диодный мост является надежным компонентом электронных схем, но иногда он выходит из строя. В общем-то, причины неисправности могут быть самые разные: выгорают дорожки на платах, выходят из строя трансформаторы схемы управления. На фото ниже отображен случай, когда ремонт сварочного аппарата своими руками, заключавшийся в замене неработающей детали платы управления российским аналогом, позволил пользователю сэкономить на ремонте немалую сумму (70% от стоимости сварочного аппарата).

Ремонт сварочных инверторов

В отличие от сварочного трансформатора, который является в большей степени электротехническим изделием, сварочный инвертор представляет собой электронное устройство. Это означает, что диагностика и ремонт сварочных инверторов предполагает проверку работоспособности транзисторов, диодов, резисторов, стабилитронов и прочих элементов, из которых состоят электронные схемы. Нужно уметь работать с осциллографом, не говоря уже о мультиметрах, вольтметрах и прочей заурядной измерительной технике.

Особенностью ремонта инверторов является и то, что во многих случаях определить по характеру неисправности вышедший из строя компонент трудно или вообще невозможно, приходится проверять последовательно все элементы схемы.

Из всего вышесказанного следует, что успешный ремонт сварочного инвертора своими руками возможен лишь в том случае, если имеются хотя бы начальные познания в электронике и маломальский опыт работы с электросхемами. В противном случае самостоятельный ремонт может обернуться лишь напрасной потерей времени и сил.

Как известно, принцип работы сварочного инвертора заключается в поэтапном преобразовании электрического сигнала:

• Выпрямлении сетевого тока — с помощью входного выпрямителя.
• Преобразовании выпрямленного тока в переменный высокочастотный — в инверторном модуле.
• Понижении высокочастотного напряжения до сварочного — силовым трансформатором (имеющим очень маленький размер благодаря большой частоте напряжения).
• Выпрямлении переменного высокочастотного тока в постоянный сварочный — выходным выпрямителем.

В соответствии с выполняемыми операциями, инвертор конструктивно состоит из нескольких электронных модулей, к основным из которых относятся модуль входного выпрямителя, модуль выходного выпрямителя и плата управления с ключами (транзисторами).

Притом что основные компоненты в инверторах различной конструкции остаются неизменными, их компоновка в аппаратах разных производителей может сильно различаться.

Проверка транзисторов. Самым слабым местом инверторов являются транзисторы, поэтому ремонт инверторных сварочных аппаратов начинается обычно с их осмотра. Неисправный транзистор обычно виден сразу — взломанный или треснутый корпус, прогоревшие выводы. Если такой обнаружен, можно начинать ремонт инвертора с его замены. Вот так выглядит сгоревший ключ.

А вот так — установленный взамен сгоревшего. Транзистор установлен на термопасту (КПТ-8), обеспечивающую хороший отвод тепла на алюминиевый радиатор.

Иногда внешних признаков неисправности нет, все ключи выглядят неповрежденными. Тогда для определения неисправного транзистора используется мультиметр, для их прозвонки.

Определить неисправные элементы — это очень хорошо, но далеко не все. Ремонт инверторных сварочных аппаратов предполагает также подыскивание, взамен сгоревших элементов, подходящих аналогов. Для этого определяется характеристика вышедших из строя элементов (по даташиту) и, исходя из нее, подбираются аналоги на замену.

Проверка элементов драйвера. Силовые транзисторы обычно не выходят из строя сами по себе, чаще всего этому предшествует выход из строя элементов «раскачивающего» их драйвера. Внизу представлено фото платы с элементами драйвера инвертора Telwin Tecnica 164. Проверка осуществляется с помощью омметра. Все неисправные детали выпаиваются и заменяются подходящими аналогами.

Проверка выпрямителей. Входные и выходные выпрямители, представляющие собой диодные мосты, установленные на радиаторе, считаются надежными элементами инверторов. Однако иногда выходят из строя и они. К тем, что изображены на фото ниже, это не относится, они — исправны.

Диодный мост удобнее всего проверять, отпаяв от него провода и сняв с платы. Это облегчает работу и не вводит в заблуждение при наличии короткого замыкания в цепи. Алгоритм проверки прост, если вся группа звонится накоротко, нужно искать неисправный (пробитый) диод.

Для выпаивания деталей удобно пользоваться паяльником с отсосом.

Контроль платы управления. Плата управления ключами — самый сложный модуль сварочного инвертора, от его работы зависит надежность функционирования всех компонентов аппарата. Квалифицированный ремонт сварочных инверторов должен заканчиваться проверкой наличия сигналов управления, поступающих на шинки затворов модуля ключей. Осуществляется эта проверка с помощью осциллографа.

Источник