Автопортал || Авто - статьи

Сельскохозяйственная техника
Чтение RSS

ПРИСТРІЙ ТА РЕМОНТ зварювальних інверторів

Сучасні зварювальні апарати з метою зменшення габаритів і маси, будуються виключно по инверторной схемою, з потужними польовими транзисторами в якості силових переключающих елементів. Незважаючи на безліч різних моделей таких апаратів, суть роботи та принцип дії майже однакові. Дана стаття буде корисна для розуміння функціонування схем інверторів, а так-же для їх самостійного ремонту. Як приклад обраний вітчизняний зварювальний інвертор "ТОРУС".

Як приклад обраний вітчизняний зварювальний інвертор ТОРУС

Пристрій зварювального апарату "ТОРУС-200"

"ТОРУС-200" - зварювальний апарат інверторного типу являє собою джерело постійного струму з захистом від КЗ і теплової захистом. Перетворювач джерела струму виконаний по полномостовой схемою з частотою перетворення близько 100 кГц. Регулювання струму виробляється зміною шпаруватості керуючих імпульсів при постійній частоті. Чотири ключа перетворювача розташовуються на окремих радіаторах. Кожен ключ складається з чотирьох паралельних польових транзисторів IRFP460.

Трансформатор перетворювача намотаний проводом-літцендратом в шовковій оплітці прямо на сердечник, тобто без каркаса. Поруч встановлений дросель, який включений послідовно первинці трансформатора, причому намотування обох виконана одним шматком дроту, тобто "За місцем". Вихідний випрямляч виконаний за схемою двотактної (із середнім виводом вторинної обмотки). Кожне плече випрямляча змонтовано на окремому радіаторі і складається з двох діодних зборок 60CPQ150 або чотирьох 30CPQ150. Випрямляч, що живить перетворювач складається з моста GBPC3508W, встановленого на радіатор і шести паралельних електролітичних конденсаторів 470 мкф 400в. Принципова схема:

Схема м'якого включення є реле затримки включення повного заряду конденсаторів випрямляча харчування перетворювача. Виконавчий елемент - Е.М. реле замикає потужний резистор.

На платі управління розташовуються:
1. Блок живлення електроніки, який виконаний як окремими модуль і являє собою стандартний БП на 15в.
2. Схема "м'якого включення".
3. Блок конденсаторів зарядно-розрядної ланцюга перетворювача.
4. Схема управління перетворювачем. Також, на передній панелі апарату встановлена ​​хустки індикації, виключення і регулювання струму.
Схема управління перетворювачем складається з:

1. тактовою генератора на мікросхемі TL494. Він видає дві фази тактових імпульсів з частотою близько 100 кГц. Функції ШІМ не використовуються і мікросхема видає імпульси постійної шпаруватості. У цій мікросхемі є два компаратора, до яких підключені датчики теплового захисту (терморезистори на дроселі і радіаторі вихідного випрямляча).

2. Схеми регулювання струму і захисту по КЗ. Виконано на двох компараторах мікросхеми LM393. Датчик струму виконаний на феритових кільцях з обмоткою, крізь яке проходить плюсовий провід живлення перетворювача.

3. Два вихідних драйвера на мікросхемах IR2112. На входи драйверів надходять тактові імпульси, шпаруватість яких змінюється в драйвері від імпульсів, що надходять з компараторів схеми регулювання струму і захисту від КЗ. Виходи драйверів навантажені на імпульсні трансформатори, зі вторинних обмоток яких керуючі імпульси надходять на ключі перетворювача.

Рекомендації по самостійному ремонту зварювального апарату

СА "Торус" випускається декількома виробниками. Перший такий апарат попався під назвою "Дуга-200" і на момент написання цієї статті через мої руки пройшло сім апаратів даної конструкції. Припускаю, що ця схема підійде і для молодших моделей "Торуса", оскільки для того, щоб зменшити максимальний зварювальний струм досить зменшити число ключів в групі і число діодних зборок або поставити більш слабкі компоненти.
Для ремонту зварювального апарату, як і будь-якого іншого електронного пристрою вкрай бажано мати деякі пізнання в електроніці і хоча б мінімальний досвід ремонту. Якщо ні того, ні іншого немає, але є багато бажання і грошей, тоді можна спробувати. З приладів необхідний осцилограф і стрілочний авометр. Будь-який ремонт починається з розкриття і зовнішнього огляду нутрощів. Конструктивно "Торус" складається з наступних модулів:
1. Модуль вхідного випрямляча
2. Модуль вихідного випрямляча ..
3. Плата управління ключами.
4. Корпус з вентилятором.
Модуль вхідного випрямляча. Вхідний випрямляч - це потужний діодний міст, встановлений на радіатор, який кріпиться до плати керування знизу. Міст GBPC3508W вкрай надійний і щоб його спалити треба ще постаратися. Проте і його перевірити не зайве. Всі знають як звонится міст і нового тут не вигадати. Для недосвідчених можна порадити отпаять від нього дроти, щоб в разі КЗ не вводити себе в оману. Радіатор з мостом краще відразу зняти з плати щоб надалі полегшити роботу з нею.
Модуль ключів. Модуль ключів складається з чотирьох груп по чотири транзистора в групі. Кожна група змонтована на окремому радіаторі на ізолюючої прокладки. Крім ключів в модуль входять шість електролітичних конденсаторів фільтра, що згладжує випрямляча, яке живить перетворювач (вхідного випрямляча).
Найчастіше несправний транзистор відразу видно: тріснув або зламаний корпус, прогоріли висновки, але іноді зовнішніх ознак несправності немає і тоді для виявлення несправного транзистора слід застосувати стрілочний авометр. Включаємо його в режим вимірювання опору на межу Ком х1 і вибираємо будь-яку групу. Я думаю, не зайвим буде нагадати, що всі вимірювання слід проводити на вимкненому з мережі апараті. Вимірюємо опір між стоком і витоком. Для тих, хто не знає цокольовка транзистора IRFP460: якщо розташувати корпус висновками вниз і маркуванням до себе, то зліва направо будуть затвор, стік, витік. Між стоком і витоком є ​​зустрічно-паралельний діод, він і повинен звониться, тобто в одну сторону високе, в іншу низький опір. Коротке замикання - несправність одного або декількох транзисторів в групі і якщо таке є, то несправний транзистор виявляється тільки шляхом випоювання.
Якщо група звонится як годиться (в одну сторону), то це не завжди означає, що всі транзистори в групі справні. Їх треба окремо перевірити на "откриваеми". Це можна зробити не випаюючи кожен транзистор. Спочатку отпаиваем по одному кінця вирівнюють резисторів від кожного затвора, ставимо мінусовій щуп на джерело першого транзистора, плюсової на стік. Тестер повинен показати високий опір. Тепер на мить торкаємося плюсовим щупом (не знімаючи мінусового) до затвору і знову перекидаємо його на стік. Опір повинен впасти майже до нуля і це означає, що транзистор відкрився. Пінцетом або скальпелем замикаємо затвор зі стоком або витоком і знову заміряємо опір стік-витік, яке має збільшитися майже до безкінечності (але надійніше для замикання транзистора подати але затвор зворотна напруга, тобто мінус на затвор, плюс на стік) і це означає, що транзистор закрився. Якщо це так, переходимо до іншого транзистору, в іншому випадку перевіряємо і викусивать несправний транзистор, оскільки так легше підготувати місце для монтажу справного транзистора.
Якщо все транзистори в групі справні, припаюємо до затворам кінці вирівнюють резисторів, помічаємо групу як справну і переходимо до наступної групи. Для ремонту, перевірки і пошуку можливих аналогів радіоелементів, вивчіть їх даташіта .
Коли все транзистори перевірені і несправні замінені справними, модуль ключів можна умовно вважати справним. Умовно - це тому, що остаточна перевірка буде при наявності керуючих сигналів. У недавньому часі ключі стали постачати снабберамі (конденсаторами, упаяними між стоком і витоком кожного транзистора), які захищають транзистори від пробою. Економічність апарату при цьому дещо знижується, проте надійність зростає багаторазово. При прозвонке транзисторів конденсатори годі й отпаивать, тому що на результати вимірювань вони не впливають.
Модуль вихідного випрямляча. Модуль вихідного випрямляча складається з плати з двома радіаторами, на яких змонтовані силові діодні збірки. Залежно від застосовуваних збірок, їх кількість на радіаторі може бути різним - дві або чотири. Також, в модуль входять дросель і трансформатор. Діодні збірки вихідного випрямляча виходять з ладу вкрай рідко. У двохсотий моделі застосовуються дві збірки 60CPQ150 або чотири 30CPQ150, а в кожній збірці по два діода по 60 і 30 ампер (відповідно) максимального струму кожен. В сумі це 240 ампер постійного струму. Запас в 40 ампер досить надійний, до того ж максимальний імпульсний струм чи не на порядок більше.
Всі знають як звонятся діоди. Якщо група звонится накоротко, потрібно шукати пробитий діод. Без випоювання тут не обійтися і для цього зручно використовувати паяльник з відсмоктуванням. Коли все діоди перевірені і несправні замінені, модуль можна помітити як справний і приступити до перевірки плати управління.
Плата управління ключами - це найскладніший з усіх блоків апарату і від його правильної роботи залежить надійність апарату і цілісність його компонентів. Попередню перевірку працездатності плати управління можна зробити без її демонтажу, тобто прямо за місцем. Насамперед відключаємо харчування перетворювача, для чого отпаиваем від вхідного моста один з товстих проводів йдуть від плати управління (змінне 220в) і ізолюємо його оголений кінець ізоляційною стрічкою.
Оскільки для оцінки працездатності плати управління необхідно оцінювати швидкоплинні сигнали, без осцилографа (і навички роботи з ним) тут не обійтися. Вставляємо вилку живлення в розетку і уважно слухаємо. Обертається вентилятор і через 3-5 секунд чується клацання. Його видає реле схеми "м'якого" включення. Якщо клацання немає або він чути відразу після включення, значить схема "м'якого" включення несправна. Також, якщо клацання не було, варто перевірити наявність напруги живлення + 15в. Джерело цього харчування приклеєний до плати управління та підпаяні до неї чотирма проводами: два з яких - змінне 220В і інші два - плюс і мінус 15в. Якщо харчування немає, демонтуємо джерело живлення і ремонтуємо або замінюємо його, оскільки він стандартний.
Схема "м'якого" включення дуже проста і заснована на спрацьовуванні ем. Реле K2 в результаті відкривання транзистора VT5 після заряду конденсатора C22 в його базової ланцюга. Контакти реле S3 закорачивается резистор R40, який гасить струм заряду конденсаторів фільтра вхідного випрямляча. Цей резистор дуже слабкий і часто виходить з ладу. Цей резистор, навіть якщо він справний, я заміняю на більш потужний для підвищення надійності апарату. Відсутність затримки спрацьовування реле може бути викликано обривом ємності заряду C22, пробоєм транзистора VT5 і пробоєм ана ога динистора VD4 в ланцюзі бази транзистора.

Відсутність затримки спрацьовування реле може бути викликано обривом ємності заряду C22, пробоєм транзистора VT5 і пробоєм ана  ога динистора VD4 в ланцюзі бази транзистора

Далі перевіряємо наявність сигналів управління ключами. Ці сигнали надходять по чотирьом крученим парам проводів на шинки затворів модуля ключів. Встановлюємо розгортку осцилографа на 5 мкс \ справ, а атенюатор на 5 або 2в \ справ. Загальний провід осцилографа з'єднуємо з загальним проводом плати управління (займає помітну частину площі лицьового боку), а щупом перевіряємо сигнали на ногах 1 і 7 мікросхем DD2 і DD3. У нормі там повинні бути прямокутні з заокругленим фронтом імпульси амплітудою близько 15в з частотою близько 100кГц. Якщо імпульси є, слід перевірити їх проходження до кожного затвора.
Якщо апарат до Вас побував в чиїхось "умілих" руках не зайве перевірити фазировку керуючих сигналів: якщо кручені пари переплутані місцями, то є загроза нарватися на наскрізний струм, а якщо переплутані дроти в парі, то ключ не буде відкриватися. Мені траплялися апарати буквально "переораних" "умільцями" і ці апарати довелося перевіряти досконально. Ситуація ускладнена ще й тим, що якість збірки апаратів напівкустарне і не завжди можна відрізнити пайку виробника від пайки "умільця".
Для необізнаних можу уточнити: на затвор повинні надходити позитивні (щодо витоку) імпульси амплітудою близько 15в. Одночасно повинні відкриватися групи 1 і 4 в одному такті і 2 і 3 в іншому такті. Синфазность сигналів можна визначити за допомогою двоканального осцилографа.
Якщо сигнали управління з плати управління приходять на кожний затвор з потрібною амплітудою і в потрібній фазі, можна спробувати включити апарат. Для того, щоб підстрахуватися від наслідків невиявленої несправності, харчування перетворювача включимо через лампу розжарювання 150-200вт - зручніше включити її в розрив змінної ланцюга моста вхідного випрямляча. Підпоюємо всі дроти, відпаяні раніше з урахуванням лампи і включаємо апарат в мережу і дивимося на лампу. У перший момент лампа може яскраво спалахнути (заряджаються ємності фільтра), але постійно вона повинна світитися слабо. Яскраве свічення свідчить про коротке замикання в схемі або ланцюга навантаження. .Коли всі несправності усунені, лампу отпаиваем, припаюємо до мосту провід живлення і включаємо апарат в мережу. Вимірюємо напруга на вихідних клемах - нормальний рівень напруги повинен бути близько 60 постійних вольт.
У разі, коли плата управління не видає запускають імпульсів, її для зручності роботи краще відокремити від всіх вузлів, т.е.отпаять кручені пари від ключів, попередньо промаркований групи й проведення, отпаять датчики перегріву і заізолювати кінці проводів, отпаять і від'єднати міст вхідного випрямляча, отпаять шнур електроживлення.
Далі припаюємо шнур електроживлення, краще через лампочку 50-100вт і включаємо його в розетку. В першу чергу слід перевірити наявність харчування + 15в на ніжках 3,6,9 мікросхем DD2 і DD3 і прямокутних тактовихімпульсів на ніжках 10 і 12 тих же мікросхем. Я пару раз стикався з вигоранням резистора в ланцюзі харчування DD3, правда після цього і саму мікросхему довелося замінити. Якщо тактові імпульси на ногах 10 і 12 (тобто на входах) є, але немає імпульсів на ніжках 1 і 7 (тобто на виходах) потрібно ногу 11 посадити на загальний провід і якщо мікросхема справна, імпульси на виходах повинні з'явитися. Немає імпульсів - сміливо викупиш мікросхему. У нормальному стані на нозі 11 мікросхем DD2 і DD3 може бути не точний нуль (тобто мікросхема закрита) і щоб перевірити несправна мікросхема або закрита, потрібно подати на ногу 11 точний нуль.
Якщо на входи драйверів (DD2 і DD3) не надходить тактовихімпульсів, то їх потрібно шукати на висновках 9 і 10 мікросхеми ШІМ - DD4. У разі їх відсутності перевіряємо харчування + 15в на висновках 8, 11, 12. Можна перевірити, чи не світиться чи червоний індикатор на передній панелі апарату і якщо це так, то швидше за все вимкнений тумблер робочого режиму. Також, можна перевірити, чи не замкнутий чи один з двох датчиків перегріву (на радіаторі вихідного випрямляча і на дроселі). Якщо всі зусилля марні - замінюємо мікросхему.
Ви досягли керуючих імпульсів на виходах обох драйверів. Здавалося б - ось воно, щастя, але за цим щастям може послідувати феєрверк, коли Ви спробуєте запалити дугу. Справа в тому, що ще є схема регулювання струму і захисту по струму і якщо цей захист не працює, то Ви ризикуєте піти по другому колу пошуку несправностей.
Схема регулювання і захисту реалізована на мікросхемі DD1 і її обв'язки. Датчиком струму є кільцева котушка L1 крізь яку проходить товстий провід живлення перетворювача. На висновках 1 і 7 мікросхеми DD1 формуються прямокутні імпульси закриття драйверів. Перевірити роботу схеми можна різними способами. Я користуюся наступним: Відпаюю один кінець котушки L1 і замість неї припаюю джерело змінної напруги 3в. Це може бути трансформатор від мережевого адаптера або що-небудь оригінальне. Подаю змінні 3в і дивлюся сигнали на висновках 1 і 7 мікросхеми DD1 - короткі прямокутні імпульси з частотою 50Гц. При цьому кільцеві трансформатори видають тихі звуки (віддалено нагадують голос коника), а запускають імпульси перериваються з частотою 50Гц. Автор статті: В.А. Третьяков.