Диоды на сварочный аппарат

Диод – это полупроводниковый прибор, который обладает различной проводимостью в зависимости от прикладываемого напряжения. Имеет всего два вывода: анод и катод. При подаче прямого напряжения (на анод подается положительный потенциал по сравнению с катодом) он открыт. При подаче отрицательного напряжения он закрывается.

Эта особенность прибора широко используется в электротехнике, в частности диодный мост применяют для сварочного аппарата, чтобы выпрямлять переменный ток, улучшая качество сварки.

Основные характеристики

Главными параметрами, на которые обращают внимание при выборе выпрямителей для сварочных аппаратов, являются:

• максимально допустимое постоянное обратное напряжение;
• максимальный средний прямой ток за период;
• рабочая частота переключения;
• постоянное прямое напряжение при максимальном прямом токе;
• максимально допустимая температура корпуса.

Амплитуда бытовой сети составляет около 310 В, поэтому нужно использовать диоды с обратным напряжением 400 В и выше. Прямой ток жестко связан с мощностью прибора, и на него также обращают внимание. Рабочая частота показывает, в каком выпрямителе можно использовать полупроводник, применять его в сетевом или выходном блоке инвертора.

Прямое напряжение полупроводника характеризует мощность рассеяния на самом приборе. Это позволяет рассчитать размеры радиатора или системы охлаждения. Предельная температура корпуса сварочного аппарата дает возможность предусмотреть схему защиты от перегрева.

Применение в сварке

В любом трансформаторном сварочном аппарате постоянного тока или инверторе присутствуют силовые диоды. Они предназначены для выпрямления переменного тока. Для повышения коэффициента полезного действия диоды подключают по мостовой схеме, в этом случае оба полупериода приходятся на нагрузку.

В трансформаторном сварочном аппарате выпрямительные диоды устанавливают на выходе вторичной обмотки. Сварочное оборудование имеет понижающий трансформатор, соответственно, напряжение холостого хода значительно ниже входного, поэтому здесь требуются приборы большой мощности и низкой частоты. Для этого подойдут выпрямительные диоды В200 (максимальный ток 200А).

Для сварочного инвертора требуется два выпрямителя. Один располагается на входе источника питания. Он преобразует переменный ток 220 вольт 50 Гц в постоянный, который преобразуется в дальнейшем в переменный ток высокой частоты (40-80 кГц).

При мощности аппарата 5 кВт выпрямительные диоды должны иметь обратное напряжение 600-1000 В и средний прямой ток 25-35 А при частоте 50 Гц.

Второй выпрямитель располагается после высокочастотного трансформатора. Здесь требования другие. Максимальный прямой ток должен быть не менее 200 А на частоте 80 кГц, а обратное напряжение превышать напряжение холостого хода (60-70 В).

В любом случае используются диоды из категории мощных, с площадкой для монтажа радиатора, поскольку без отведения тепла устройство быстро сгорит.

Особенность выпрямителей

Выпрямитель для сварочного аппарата выполняется по мостовой схеме. При изготовлении сварочного аппарата своими руками и применении диодов В200 нужно учитывать, что их корпус находится под напряжением.

Поэтому когда выпрямитель устанавливают на радиатор, он должен быть изолирован от остальных элементов схемы, от корпуса прибора и от соседних диодов тоже. А это создает определенные неудобства для сварщика.

Приходится использовать более крупный корпус. Для уменьшения габаритов аппарата применяют выпрямительный прибор ВЛ200, который имеет другую полярность. Это позволяет объединить полупроводники на два парных радиатора.

В последние годы стали выпускать довольно мощные диодные мосты в одном корпусе. По размерам такая конструкция из диодов примерно соответствует спичечному коробку, имеет площадку для посадки радиатора, максимальный прямой ток 30-50 А. Диодная сборка имеет значительно меньшую стоимость по сравнению с диодами В200.

Если по работе устройства требуется более мощный мост, то эту проблему можно легко решить, используя параллельное подключение мостовых сборок. Однако их надежность в таком случае будет ниже, чем у одиночных мощных диодов.

Установка

При использовании параллельной схемы соединения диодных мостов необходимо учитывать, что все они имеют некоторый разброс по параметрам.

Поэтому при подборе элементов необходимо делать это с некоторым запасом прочности. При соблюдении этого требования для сварочного аппарата можно получить диодный мост более компактный, чем при использовании одиночных диодов.

Диодные сборки позволяют размещать их на одном радиаторе, так как корпусы не находятся под напряжением. Это позволяет монтировать их в любом месте, и даже снаружи.

В зависимости от требуемого сварочного тока для выпрямителя могут потребоваться от 3 до 5 диодных сборок. Для лучшей теплоотдачи диодные мосты устанавливаются на радиатор через теплопроводящую пасту.

К контактам проводники рекомендуется подсоединяться пайкой, в противном случае могут быть потери мощности в месте контакта и его сильный нагрев.

Применение на практике

Для примера, рассмотрим инверторный аппарат TELWIN Force 165. Во входном выпрямителе используются диодные сборки GBPC3508. Выпрямительный мост GBPC3508 может работать с током 35 А, обратное напряжение – 800 В.

С ним вместе идет обязательно сглаживающий фильтр из конденсаторов большой емкости. Кроме этого имеется фильтр электромагнитной совместимости, который не пропускает помехи от инвертора в бытовую сеть.

На выходе инвертора используются мощные сдвоенные диоды с общим катодом. Они имеют высокое быстродействие в отличие от диодов расположенных на входе устройства.

Благодаря малому времени восстановления, менее 50 наносекунд, приборы успевают переключать высокочастотный ток на выходе вторичной обмотки.

В данном приборе используются сдвоенные диоды марок STTH6003CW, FFH30US30DN или VS-60CPH03, рассчитаны на прямой ток 30 ампер на один прибор (60 ампер на оба) и обратное напряжение 300 вольт.

Устанавливаются на радиатор. Для защиты полупроводников от перегрузки используется RC фильтр. Схема управления требует стабильный источник питания без бросков напряжения.

Для этого в приборе предусмотрены стабилитроны или уже готовый интегральный стабилизатор, которые обеспечивают стабильное питание на микросхемах управления. В результате получается компактное устройство, позволяющее качественно варить металл.

Конструкция аппарата для проведения сварки «напичкана» разнообразными компонентами и узлами, которые приводят в действие основную «начинку» оборудования, и диодный мост сварочного полуавтомата является ведущим и связующим компонентом. Какую основную роль играет данный узел и компонент для технологического промышленного оборудования? Согласно общей терминологии, диоды для сварочного аппарата — это уникальный полупроводниковый элемент конструкции прибора, который функционирует по принципу традиционной схеме p-n-перехода. Главное предназначение такого узла, это преобразование входящего типа энергии, который имеет определённые характеристики в другой тип.

Какие типы устройства используются в сварочном оборудовании?

Сегмент элементов для технологического оборудования — сварочные силовые диоды представлены разнообразными вариантами, которые имеют уникальные характеристики и принципиальные значения для выполнения действия. Ниже приведём подробную спецификацию диодов для сварочного оборудования.

Название	Целевое предназначение
Светодиоды	Специальный полупроводник, формирующий в контуре условное оптическое излучение в процессе прохождения действующего электрического тока.
Выпрямительные	Внутренне сопротивление данных компонентов не имеют какого-либо сопротивления (внутренний вид). Величина сопротивления будет зависеть непосредственно от напряжения, подаваемого на диод.
ИК диод	Используется для оборудования технологической части сварки, в котором предусмотрено дистанционное управление работой сварочной техники.
Фотодиоды	Основной принцип функционирования и прямой работы компонента заключается в преобразовании светового потока в электрический тип.
Стабилитрон	Такой вариант используется для постоянного источника снабжения током. Основное функциональное предназначение — пороговое, то есть, достижение определённого значения напряжения для аппарата. Есть подкатегория стабисторы, которые предназначены для малых мощностей и напряжений.
Варикапы (ёмкостные диодные комплексы)	Принцип действия диода для сварочного инвертора аналогичен конденсаторному устройству. Принцип эффективной части работы заключается в обратном варианте напряжения, при котором изменяется барьерная составляющая ёмкостных характеристик.
Диоды категории Шотки	Для этих типов диодов характерно малое падение напряжения и очень высокая скорость, которые не накапливают и на рассасывают основные характеристики накопителей. В конструктивной части такие диоды имеют вид пластин, которые покрыты специальной высокоомной эпитаксиальной формовочной плёнкой. Основным материалом и компонентом служит кремниевая основа. Компоненты диода Шотки используется, как правило, в переключательных схемах.
Тиристоры	Используется два вида и технологического состояния — открытый или закрытый. Для закрытого варианта приемлема низкая проводимость, в то время как для открытого способа высокая категория полупроводниковой проводимости. Функциональное значение диодного моста сварочного инвертора заключается в динамичном режиме постоянного перехода из одного состояния в другое, причём под воздействием основного сигнала.
Иммисторы	Имеют параллельный вариант подключения, в котором используется два тиристора. Такой вариант используется для аппаратов с переменным источником напряжения.

Главным критерием для всех типов диодных конструкций является значение силы тока. Согласно вышеописанной системе, предусмотрено разделение на такие виды диодов, вне зависимости от названия:

• Малая мощность, с показателем до 3*102 ma;
• Средний параметр мощности — 3*102 ma – 10А;
• Максимальный показатель — от 10 Ампер.

Конструктивные особенности диодных мостов для сварочного оборудования

Заводские условия производства производственной аппаратуры предусматривают функциональное изготовление диодного моста для сварочного аппарата, которые подразделяются на точечный или плоскостной вариант применения.

В таблице, приведённой свыше можно отметить, что схема сварочного диодного моста также зависит от того, какой основной материал используется в технологии производства оборудования, в частности:

Предназначение функционального типа монтажа сварочных диодов трансформатора своими руками предусматривает реализацию таких принципиальных схем и характеристик работы устройства промышленного оборудования с использованием диодных компонентов:

• Выпрямительный тип применения;
• Импульсивное устройство;
• Универсальный вариант исполнения;
• Варикап;
• Устройство с использованием стабилитрона;
• Стабисторная технология;
• Туннельный тип моста;
• Обращённое возвратное исполнение;
• Лавинно-пролётный диодный комплекс;
• Тиристоры;
• Фотодиодная система;
• Точные светодиоды;
• Оптроны.

Сборка конструкции осуществляется при наличии четырёх компонентов мощных сварочных диодов, которые имеют функциональный тип пропускать ток за определённый полупериод. Главная сущность любого диодного комплекса, это нормальное преобразование переменного тока входящего варианта исполнения в пульсирующую категорию.

Главная схематическая часть подключения диодов для сварочного аппарата ДЛ-132-80-10 заключается в следующем:

• Два компонента расположены в общей схеме по последовательному принципу подсоединения, и имеют равную направленность друг к другу;
• Два оставшихся компонента также подключены по последовательному варианту соединения, но направленность идёт друг от друга (то есть противоположный тип исполнения).

Первые два типа диодов осуществляют только положительную функцию переменного тока, а оставшиеся два типа — отрицательные компоненты, делая соответствующую обрезку.

Почему необходимо осуществлять доработку сварочного оборудования?

Как правило, диоды используют только в том случае, если необходимо осуществить какую-то доработку оборудования, при этом основными причинами переработки технологического оборудования являются:

• Явные перебои в сети с напряжением. Аппараты с низкими характеристиками ,могут вообще не запуститься по причине сбоя напряжения в сети;
• Диодный мост поможет улучшить качество сварного шва;
• Можно упростить сложную задачу эффективного «зажжения» дуги при существующем номинальном или имеющемся минимальном типе напряжения;
• Можно увеличить тепловые характеристики режима работы при долгосрочной эксплуатации сварочного оборудования;
• Диодный мост улучшает параметры создания определённой степени электрической дуги.

Используя обычную схему диодного моста, вы добьётесь резкого снижения выпрямительного варианта напряжения, которое зависит, прежде всего, от повышенного режима тока нагрузки в момент запуска имеющейся дуги, тем самым будут затруднены сварочные работы.

Проблему можно решить одним из способов — применяем электролитический конденсатор больших значений ёмкостных характеристик или производим полную замену принципиальной схемы устройства.

Лучшим вариантом для сборки является применение технологий по категориям диодов Д161 или В200. Даже если они имеют разные параметры проводимости монтаж можно производить без способа крепления при помощи шпилек. Модернизация образцового оборудования допускается только в том случае, если вы знаете принципиальные характеристики устройства и схемы их применения на практике.

Диод представляет собой полупроводниковый агрегат с разной проводимостью, определяемой прикладываемым напряжением. Он имеет два вывода: катод и анод. Если подается прямое напряжение, то есть на аноде в сравнении с катодом потенциал положителен, агрегат открыт.

Если напряжение отрицательно, он закрывается. Такая особенность нашла применение в электротехнике: диодный мост активно используется в сварочном деле для выпрямления переменного тока и улучшения качества сварных операций.

Выпрямитель для сварки

Оборудование для сварки на переменном токе обладает существенным минусом при использовании в домашних условиях: оно провоцируют перепады напряжения в сети и помехи для работы электроустройств.

По этой причине, при проведении сварных работ своими руками, требуется выпрямитель для сварочного аппарата, позволяющий в некоторой мере сгладить мощные перепады сетевого напряжения.

Особенность выпрямителей

Многие сварочные аппараты требуют доработки, заключающейся в применении специальных выпрямителей. Для их изготовления часто применяют диоды, способные пропускать напряжение исключительно в одну сторону.

Изначально для усовершенствования сварки мастера использовали диодные схемы из четырех диодов на радиолампах. Но данная технология была слишком сложной и дорогой. В наши дни силовые диоды стали доступными по стоимости, поэтому активно используются в сварных операциях.

Схема для такого приспособления не отличается особой сложностью: она состоит из проводников, пропускающих электрический поток и направленных в актуальную сторону.

Если быть более точным, то два элемента общей схемы соединены последовательно и направлены друг к другу, а еще два ‒ располагаются один за другим. Первые из них проводят ток в выбранном направлении, вторые ‒ не позволяют току вернуться.

Выпрямители на диодах характеризуются разной мощностью, поэтому вид электрода необходимо подбирать с учетом этого параметра. Чем выше мощность, тем более толстый электрод потребуется.

На промышленном производстве требуется применить мощную аппаратуру, которая позволит выполнять сварные соединения без каких-либо пауз. Для бытового использования подойдут менее мощные выпрямители для сварки.

Применение в сварке

Диодную схему можно собрать из отдельных диодов или приобрести монолитную конструкцию с разными параметрами. Первый вариант менее предпочтителен, чем второй. Но при сгорании одного диода не требуется менять все четыре элемента, как в случае монолитной конструкции.

Если применить такие агрегаты для переориентации сварки на работу с постоянным током, можно добиться расширения ее функциональных возможностей.

Применение выпрямителя из диодов поможет:

• устранить перебои напряжения в сети;
• упростить задачу розжига электрической дуги в условиях номинального и пониженного напряжения;
• увеличить тепловой режим при длительной работе сварочного аппарата.

На заметку! С помощью выпрямителя из диодов для сварочного аппарата можно поддерживать электрическую дугу на стабильном уровне, что позволяет повысить эстетические качества созданных своими руками сварных соединений на металлических конструкциях.

Выпрямитель для сварки собирается по мостовой схеме, но при этом важно учесть, что корпус агрегата находится под напряжением.

Поэтому при установке диодного моста на радиатор, важно изолировать агрегат от иных элементов схемы, от корпуса сварочного аппарата, соседних диодов. А это чревато определенными неудобствами для сварщика: нужно использовать более крупный по размеру корпус сварки.

Как следствие, аппарат получается тяжелым и громоздким.

Чтобы уменьшить габариты сварки, можно подобрать выпрямительный прибор ВЛ200 с другой полярностью, объединив полупроводники на два парных радиатора. Но еще лучше, установить в едином корпусе сварки мощные, но при этом максимально компактные диодные мосты.

Такое решение обойдется сварщику в несколько раз дешевле, нежели покупка диодов В200. Деталь по размеру не больше, чем спичечный коробок. Она имеет площадку для установки радиатора, работает на максимальном, прямом токе ‒ 30-50 А.

Важно! Если в процессе выполнения сварных работ потребовался более мощный мост, стоит воспользоваться параллельным подключением мостовых сборок. Главное понимать, что при таком решении надежность конструкции будет ниже, чем при одиночных мощных диодах.

Если говорить о схемах полупроводникового типа с устройством выпрямителя, важно отметить следующее:

1. Лучшие показатели имеет трехфазная система, позволяющая использовать мощность сети до 380 В.
   Ее применяют на промышленных предприятиях, где важно создать длительный непрерывный сварной процесс без пауз для соединения больших по размеру металлических деталей: ворот, контейнеров, хозяйственных металлических сооружений и т.п.
2. Система с одной фазой подходит для бытового использования, когда сварной процесс длится короткий промежуток времени, и нет необходимости в более длительной сварке.

Установка

Если планируется установить параллельную схему соединения диодных мостов, важно учесть некоторый разброс по параметрам каждого диода. Подбирать элементы нужно так, чтобы оставался некоторый запас прочности. Тогда можно получить компактный диодный мост для сварочного аппарата.

Диодные сборки можно разместить на одном радиаторе, но для повышения показателей теплоотдачи их монтируют через теплопроводящую пасту. Актуальное количество таких схем для выпрямителя определяется требуемым сварочным током: стандартное количество 3-5 сборок.

Проводники стоит соединять с контактами при помощи пайки, и иначе в местах контакта потери мощности, или соединение сильно нагревается. При необходимости выполнить сварные операции, выпрямитель подключается к аппарату для сварки.

Как сделать выпрямитель своими руками?

Если в наличии мастера имеются комплектующие детали, вполне реально изготовить самодельный сварочный выпрямитель. При условии соблюдения всех рекомендаций специалистов он гарантировано обеспечит процесс ручной дуговой сварки постоянным током, но потребуется применить электрод с обмазкой.

Использовать проволоку без обмазки также допустимо, но только при условии большого опыта в сварных вопросах. Для неопытного сварщика справиться с ней будет практически нереально.

Обмазка при расплавлении электрода препятствует проникновению составляющих воздуха в расплавленный металл сварного соединения. Без нее контакт металла в расплавленном виде с азотом и кислородом снизят прочностные свойства шва, сделав его хрупким и пористым.

Сначала потребуется выбрать или смотать своими руками понижающий трансформатор с требуемыми параметрами. Собирают трансформатор до подключения диодного моста.

Если выбран путь самостоятельного изготовления аппарата, важно правильно рассчитать его элементы, в том числе:

• параметры магнитопровода;
• актуальное количество витков;
• размеры сечения шин, проводов.

В работе не обойтись без светодиодов: нужны они в качестве проводников тока в одном единственном направлении. Простейший диодный выпрямитель, созданный по мостиковой схеме, монтируют на радиатор с целью теплообмена и охлаждения.

Мощные диоды для сварочного аппарата, по типу ВД-200, выделяют при работе довольно большой объем тепловой энергии. Чтобы обеспечить падающую характеристику тока, в цепь потребуется включить дроссель последовательно.

Активное переменное сопротивление в такой схеме обеспечит сварщику возможность плавно регулировать сварочный ток. Далее, один полюс нужно подключить к сварной проволоке, а второй ‒ к рабочему объекту.

Электролитический конденсатор в составе схемы необходим в качестве сглаживающего фильтра для снижения пульсаций.

Выполнить намотку реостата несложно своими силами, но для такой задачи потребуется керамический сердечник и проволока из никелина или нихрома. Актуальный диаметр проволоки определит величина регулируемого тока сварной операции.

Расчет сопротивления реостата нужно проводиться учетом удельного сопротивления электрода, его сечения и общей длины.

Шаг регулировки тока для сварки зависит от диаметра витков. Если правильно собрать перечисленные детали в единый агрегат, процесс сварки будет сопровождаться постоянным током. Не лишним будет и монтаж резистора, препятствующего короткому замыканию при работе.

Оно может происходить при касании проволоки о металл без зажигания дуги. Если в это время на конденсаторе нет сопротивления, он мгновенно разрядится, произойдет щелчок, электрод разрушится или прилипнет к металлу.

При наличии резистора можно сгладить разряды на конденсаторе, сделать поджога электрода более простым и мягким. Изготовление аппарата для выпрямления сварного тока своими руками позволит создавать максимально аккуратные и долговечные сварные швы.

Итоги

Диодный мост для сварочного аппарата преобразует переменный ток в постоянный, что позволяет повысить качества сварных соединений. Такое приспособление можно приобрести в готовом виде или создать своими руками, следуя советам, озвученным в статье.