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 IRG4PC40W. 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
