Mates-El.

Výtejte na stránce s elektro návody

Svařecí Invertot - MAX. 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 stř. proudem téměř 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. 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. Při konstrukci je také nutno rozhodnout, jaký bude maximální zatěžovatel svařovacího invertoru, a podle toho dimenzovat chladiče, vinutí a pod.

     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.

     Pomocný impulzní zdroj včetně Tr4 je blíže popsán zde. Invertor zatím nemá napěťovou vazbu, tu tam snad doplním časem. 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. Proto je lepší jí nevynechávat.


     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.   

1část invertoru. pro zvětšení klikněte na Obrázek

s1a.bmp

2 část invertoru. pro zvětšení klikněte na Obrázek

s2a.bmp

3část invertoru. pro zvětšení klikněte na Obrázek

s3a.bmp

4část invertoru. pro zvětšení klikněte na Obrázek

s4a.bmp