English version

Svářecí invertor do 100A

     Svářecí invertor je alternativou ke svářecímu transformátoru. Moderní polovodiče umožňují nahradit klasický síťový transformátor impulzním (spínaným) zdrojem, který je mnohem lehčí, menší a umožňuje jednoduchou regulaci pomocí potenciometru. Na škodu není ani skutečnost, že výstupní proud je stejnosměrný bez zvlnění. Stejnosměrný proud lépe drží oblouk a je méně nebezpečný, než střídavý.

     Pro invertor byla zvolena topologie, která je u invertorů nejčastější - jednočinný propustný zdroj se dvěma spínači. V mém článku o zdrojích je to topologie II.D. Na vstupu invertoru prochází síťové napětí filtrem a následně je usměrněno a vyhlazeno velkou kapacitou. Protože zapínací náraz by byl neúnosný, je do obvodu zařazen stupňový spínač s relé. Po zapnutí se tedy primární filtrační kondenzátory nabíjejí přes odpory, které jsou následně vyřazeny pomocí relé. Jako spínače slouží tranzistory IGBT. Ty jsou ovládány přes propustný budící transformátor Tr2 a tvarovací obvody s BC327. Řídící obvod je UC3844. Je to obdoba UC3842, doplněná o omezení střídy na necelých 50%. Pracovní frekvence je 42kHz. Řídící obvod je napájen pomocným zdrojem 17V. Proudová zpětná vazba je kvůli velkým proudům řešena pomocí proudového trafa Tr3. Na odporu 4R7/2W vzniká úbytek přibližně úměrný výstupnímu proudu. K tomuto úbytku se přičítá napětí z potenciometru P1, který určuje práh regulace. Prahové napětí 3. vývodu UC3844 (snímač proudu) je 1V.

     Výkonové součástky vyžadují chlazení. Nejvíce se zahřívají výstupní diody. Horní dioda, tvořená 2x DSEI60-06A, musí pracovat v nejnepříznivějším případě se středním proudem 50A a ztrátou 80W (obě diody). Dolní dioda STTH200L06TV1 (dvojdioa, obě vnitřní diody paralelně) pracuje v nejnepříznivějším případě se středním proudem 100A a ztrátou 120W. Maximální ztráta celého výstupního usměrňovače je 140W. S ní musí počítat použitý chladič. Do tepelného odporu je nutno zahrnout i tepelný odpor přechod-pouzdro, uvedený v datasheetu konkrétních diod. Diody nemají izolační podložky, katoda je spojena s chladičem. Výstupní tlumivka L1 je proto zapojena do záporného pólu, na chladiči díky tomu není vf napětí. Nikoho samozřejmě nenutím použít stejné diody jako já, protože jsem je měl zrovna v šuplíku :). Můžete použít paralelní kombinaci dostatečného počtu nejdostupnějších diod, např. MUR1560 nebo FES16JT. Zjištění ztráty na tranzistorech IGBT je komplikovanější, protože kromě vodivých ztrát se zde projevují i spínací ztráty. Ztráta každého tranzistoru dosahuje až cca 50W. Dále je nutno chladit i resetovací diody UG5JT a usměrňovací můstek. Ztráta resetovacích diod závisí na konstrukci Tr1 (rozptyl, indukčnost), ale bývá daleko menší, než ztráta IGBT. Usměrňovací můstek má ztrátu do cca 30W. Můstek a UG5JT jsem umístil na společný chladič s IGBT. Místo UG5JT lze také MUR1560 nebo FES16JT. Při konstrukci je nutno rozhodnout, jaký bude maximální zatěžovatel svařovacího invertoru, a podle toho dimenzovat chladiče, vinutí a pod. Ventilátor také naní od věci.

     Výkonový pulzní transformátor Tr1 je navinutý na dvou feritových jádrech EE, každé s průřezem středního sloupku 16x20mm. Celkový průřez tedy je 16x40mm, jádro je bez mezery. Primární vinutí má 20z vinutých 14ti lakovanými dráty 0,5mm. Vhodnější by bylo vinout 20ti dráty, ale do jádra se mi více nevešlo. Sekundární vinutí má 6z měděného pásku 36x0,5mm. Propustný budící transformátor Tr2 je vyroben s důrazem na nízký rozptyl. Je vinut trifilárně, třemi svinutými izolovanými vodiči 0,3mm a všechna vinutí mají 14z. Jádro je feritové hrníčkové, materiál H22, střední sloupek má průměr 16mm, bez mezery. Proudové trafo Tr3 je vyrobeno z odrušovací tlumivky na toroidním jádře. Sekundár tedy byl již hotový (75z, 0,4mm). Primár (1z) vznik provlečením izolovaného vodiče. Orientaci vinutí všech transformátorů je nutno dodržet (viz tečky)! L1 je na feritovém EE jádře, střední sloupek 16x20mm. Má 11z měděného pásku 36x0,5mm a celkovou vzduchovou mezerou v mag. obvodě 10mm. Indukčnost je cca 12uH.

     Pomocný impulzní zdroj včetně Tr4 je blíže popsán zde. Verze invertoru na Obr. 1 nemá napěťovou vazbu. Napěťová vazba nemá vliv na sváření, ale ovlivňuje napětí a spotřebu naprázdno. Bez napěťové vazby je výstupní napětí naprázdno dosti vysoké (cca 100V) a PWM regulátor běží na max. střídu, čímž se zvyšuje odběr a zahřívání součástek. Pokud byste chtěli napěťovou vazbu použít, inspirujte se na Obr. 2. Přímé spojení je možné, protože řídící obvod je galvanicky oddělen od sítě díky Tr2, Tr3 a Tr4. Odpor R2 v děliči zvolte pro požadované napětí naprázdno. Reference je 2,5V. Další informace můžete najít také v datasheetu obvodů UC3842, 3843, 3844 a 3845 a v dalším datasheetu těch samých obvodů. Inspirací pro modifikace může být i zapojení zdroje 3-60V 40A.

     Zajímavé odkazy, ze kterých jsem čerpal:
http://svarbazar.cz/phprs/index.php?akce=souvis&tagid=3
http://leo.wsinf.edu.pl/~leszek/spawarki/
http://www.y-u-r.narod.ru/Svark/svark.htm
http://www.emil.matei.ro/weldinv3.php
http://nexor.electrik.org/svarka/barmaley/kosoy/shema.gif a trochu pozměněné: http://nexor.electrik.org/svarka/barmaley/kosoy1/shema.gif

     Upozornění: Obvody invertoru jsou galvanicky spojené se sítí. Invertor obsahuje velké kondenzátory, které zůstanou nabité i po vypnutí. Některé součástky (elektrolyty, IGBT, ...) mohou při poruše explodovat. Výstupní napětí invertoru je nebezpečné. Při závadě nebo špatné konstrukci se na výstup může dostat i síťové napětí nebo napětí vyšší, než požadované. Při práci s invertorem může dojít k úrazu elektrickým proudem, popálení a požáru. Oblouk vytváří velmi intenzivní světlo (s velkým ultrafialovým podílem), před kterým je nutno se chránit. Může způsobit trvalé poškození zraku a spáleniny kůže podobné těm slunečním. Při sváření vznikají jedovaté plyny, které je nutno odvětrávat.

Schéma svářecího invertoru - invertorové svářečky
Obr 1. - Schéma svářecího invertoru (klikněte pro zvětšení)

Napěťová vazba.
Obr 2. - Napěťová vazba.

Sekundár Tr1 z měděného pásku
Sekundár Tr1 z měděného pásku

Sekundár Tr1 z měděného pásku


Sekundár a půlka jádra
Sekundár a půlka jádra

Vinutí Tr1 po navinutí primáru
Vinutí Tr1 po navinutí primáru

impulzní trafo Tr1 s jádrem
impulzní trafo Tr1 s jádrem

Starý československý zdroj ze sálového počítače (5V 50A DBP 236, ZPA Košíře).
Starý československý zdroj ze sálového počítače (5V 50A DBP 236, ZPA Košíře). Ze dvou těchto zdrojů jsem získal díly na stavbu invertoru (ferity, chladiče, distanční sloupky, kostřičky, tlumivku, měděný pásek...)

Diody STTH200L06TV1 a DSEI60-06A na chladiči
Diody STTH200L06TV1 a DSEI60-06A na chladiči

Chladič s diodami, Tr1, L1, měděné pásky
Chladič s diodami, Tr1, L1, měděné pásky

Budící trafo Tr2 (GDT)
Budící trafo Tr2 s trifilárním vinutím (GDT)

Testy budiče s UC3844, Tr2 a tvarovacím obvodem
Testy budiče s UC3844, Tr2 a tvarovacím obvodem

Tvarovací obvod za GDT pro buzení gejtů.
Tvarovací obvod za GDT pro buzení gejtů.




Připraveno k prvnímu zapnutí :).
Připraveno k prvnímu zapnutí :).

Krátkodobý test na 150A - vše přežilo :).
Krátkodobý test na 150A - vše přežilo :).


IGBT, můstek, resetovací diody, tvarovací obvody, GDT Tr2 a budič s UC3844.

Proudové trafo Tr3
Proudové trafo Tr3

Už to vaří :).
Už to vaří :).

Měření obloukového napětí - dlouhý oblouk
Měření obloukového napětí - dlouhý oblouk

Měření obloukového napětí - krátký oblouk
Měření obloukového napětí - krátký oblouk





Invertor s pomocným zdrojem v provizorní přepravce.



První test (proud do zkratu).


Druhý test, napájení 110V, příliš malé výstupní napětí neudrží oblouk. Na konci PWM na osciloskopu.


Třetí test - už to vaří.


Sváření a bezpečnost práce - jak by to nikdy nemělo vypadat :).



zpět na úvodní stránku