Осциллограф для ремонта сварочных инверторов

Опубликовал: Артур Канапацкий 0 681 Просмотров

Разница между старым сварочным трансформатором и новым инверторным сварочником примерно такая же, как между первыми автомобилями «Даймлер Бенц» и современным «Мерседесом». Инвертор значительно легче своего неподъемного предшественника, имеет встроенные функции, о которых ранее можно было только мечтать, например, возможность контроля величины сварочного тока или функция предотвращения залипания электрода. Но у великолепно задуманной идеи есть существенный недостаток – электронная начинка выходит из строя значительно чаще, чем у «старичков», а ремонт инверторных сварочных аппаратов требует немалых знаний и навыков. Любая попытка отремонтировать оборудование вслепую, без подготовки, чревата пожаром или даже травмой.

Как правильно организовать ремонт сварочного инвертора

Разумеется, ситуации, когда электронный сварочный аппарат сгорает, как свечка, и не подлежит дальнейшему ремонту, случаются крайне редко. На практике ремонт сварочного аппарата может оказаться намного проще, чем казалось в первый момент. В 90% случаев из строя выходят силовые цепи, в 50% — чувствительные управляющие элементы схемы. Но чтобы выполнять ремонт инверторных сварочных аппаратов своими руками, мало одного желания, как минимум, потребуется следующее оборудование:

• Цифровой тестер или мультиметр, все равно какой, можно с функцией проверки транзисторов;
• Паяльная станция, можно самодельная, но обязательно с регулируемым по температуре феном и исправным низковольтным паяльником;
• Нагрузочный реостат.

Кроме перечисленного, для работы может потребоваться шприц для откачки припоя, кисточка, спирт, лупа, сильный фонарик, лампа накаливания с проводами, ну и, конечно, справочники для заказа запасных частей.

Совет! У большинства профессиональных ремонтников имеется в распоряжении осциллограф. Для ремонта электроники, по сути, незаменимая вещь, если дело касается проверки работы системы управления аппарата.

Не факт, что осциллограф потребуется для ремонта сварочного аппарата своими руками, но в особо сложных случаях без него просто не обойтись.

Восстанавливаем сварочный инвертор, полный курс выживания

Перед тем как раскрывать аппарат и вникать в детали поломки, необходимо выяснить у сварщика две основные подробности. Во-первых, необходимо выяснить, как и в каких условиях произошла поломка сварочного инвертора, и во-вторых, были ли попытки выполнить ремонт другими специалистами.

Проблема заключается в том, что «любители» нередко заменяют заводские детали первыми попавшимися под руку компонентами. Без схемы восстановить номинал и марку детали, что крайне важно для качественного ремонта сварочного аппарата, очень сложно.

Процесс восстановления сварочного аппарата выполняется в три этапа:

Нередко любительский ремонт сварочных аппаратов заканчивается проверкой, зажигается дуга или нет. Использование реостата позволяет проверить один из основных параметров работоспособности сварочного инвертора – способность к регулировке и подстройке сварочного тока под нагрузкой.

Перед тем как приступать к ремонту, нужно разобраться и выяснить для себя, как устроен аппарат, и в чем особенности его работы. Например, посмотреть типовую схему или блок схему, тогда станет понятно, что и где находится на плате.

Этап первый, определяем проблемы внешним осмотром платы

Чтобы получить доступ к внутренней начинке сварочного агрегата, необходимо освободить электронную плату от корпуса и сетевого шнура.

Совет! Если перед ремонтом аппарат включался в сеть для проверки, перед разборкой сварочного инвертора осторожно замкните выходные муфты под сварочные шланги с помощью пары проводов и обычной лампы накаливания 100-150 Вт. Это поможет избежать ударов током.

Для разборки нужно снять два-четыре винтовых или саморезных крепления корпуса и вытащить из и соединительных фишек провода. Для ремонта остается голая плата, утыканная электронными деталями. Первым делом осматриваем ее, стараемся выявлять критические для ремонта сгоревшие или поврежденные элементы, подгоревшие дорожки платы, черные резисторы и раздувшиеся конденсаторы.

В подавляющем большинстве случаев выходят из строя и подлежат ремонту следующие элементы платы сварочного аппарата:

• Балластное мощное сопротивление, разряжающее конденсаторы в силовом блоке схемы. Если питающий блок исправен, то при попытке включить сварочный аппарат конденсаторы моментально наберут немаленькую емкость и напряжение под 300В. Если в ходе ремонта, при отсутствии резистора, включить аппарат сварочный и случайно коснуться руками клемм, получите крайне болезненный удар током, почти как электрошоком;
• Полевые транзисторы-ключи. Их легко найти, они всегда установлены на массивных алюминиевых радиаторах. Если сгорело сопротивление, почти всегда требуется ремонт и замена как минимум одного из транзисторов;
• Если не регулируется сварочный ток, то, скорее всего, потребуется ремонт драйвера, одного из его каналов или операционного усилителя, входящего в схему управления.

Разумеется, приведенный перечень для ремонта является наиболее распространенным, но не исчерпывающим. Например, может сгореть термодатчик, следящий за перегревом сварочного аппарата, токовый трансформатор, работающий в паре с операционником, элементы входного диодного моста и многое другое. Поэтому ремонт сварочного аппарата необходимо начинать с прозвонки элементов по цепи.

Второй этап ремонта, проверяем цепи прозвонкой

В ходе ремонта нужно проверить самые нагруженные элементы платы. Переворачиваем ее тыльной стороной кверху и острыми щупами тестера, продираясь сквозь слой защитного лака, проверяем наличие короткого замыкания. Первоначально проверим, не пробит ли выпрямительный диодный мост на выходе. Ремонт диодов — довольно редкая вещь, если внутрь сварочного аппарата не попала вода или не произошло КЗ на шнуре. Аналогично меряем мост на входе.

После блока питания переходим к самым ответственным местам силовой части схемы. Это пара мощных конденсаторов и ключи на полевых транзисторах. Для ремонта необходимо установить наличие сопротивления между коллектором и эмиттером, или правильнее – переходы сток-сток, сток-затвор. В 99% случаев полевые транзисторы выходят из строя первыми, как результат — короткое замыкание между коллектором и стоком.

Кроме них, вторым кандидатом на ремонт и замену является драйвер платы сварочного аппарата. Но для его ремонта потребуются очень серьезные навыки и знания. Поэтому, если после замены транзисторов будут определены неисправности в каналах драйвера, лучше поручить его ремонт более квалифицированному специалисту.

Как проверить целостность драйвера

Забегая вперед, можно сказать, что после демонтажа ключей или полевых транзисторов потребность в ремонте драйвера первоначально определяют по состоянию опорных резисторов, соединяющих канал драйвера с затвором полевого транзистора — ключа. Для этого просто пальцем по плате проследим дорожку от места затвора до первого резистора. Проверяем его на обрыв, если сопротивления резисторов в каждом канале примерно совпадают, то на 99% можно считать, что устройство управления в рабочем состоянии.

В противном случае для ремонта сварочного аппарата придется обращаться к специалисту.

Простейший ремонт сварочного аппарата

Для ремонта агрегата потребуется снять старые транзисторы и заменить их новыми деталями. Каждый ключ крепится к массивному алюминиевому радиатору болтиком. После снятия болтов выворачивают саморезы крепления радиаторов. Для ремонта потребуется аккуратно выпаять полевой транзистор с помощью фена паяльной станции, делается это с максимальной осторожностью, чтобы не повредить дорожки и навесной монтаж. При выпаивании транзистор должен выйти без усилия, в противном случае поднимутся дорожки, и стоимость ремонта сварочного аппарата может подскочить в несколько раз. Место выпайки нужно освободить от припоя с помощью груши или шприца и очистить от пригорелого лака.

Перед установкой новых полевых транзисторов – ключей нужно выполнить ремонт балластного сопротивления. Вместо старого резистора, впаиваем новую деталь на 47 Ом, 10 Вт. Кроме того, прозваниваем конденсаторы и супрессоры, установленные по схеме на дорожках полевиков.

Чтобы продолжить ремонт, необходимо проверить форму и размер сигнала, приходящего по каждому каналу драйвера на затворы своего ключа — полевого транзистора. Перед тем как подключить осциллограф, между стоком и затвором рекомендуется выполнить навеску в виде конденсатора в несколько сот пикофарад, тем самым имитируется емкость затвора транзистора. Такой способ позволяет в ходе восстановления платы сварочного аппарата оптимальным образом нагрузить каждый канал драйвера, поэтому сигнал приходит в том виде, в котором он существует в реальных условиях при проведении сварочных работ.

После напайки конденсаторов подключаются щупы осциллографа, и включается питание платы сварочного аппарата.

Форма сигнала подтверждает, что ремонт выполнен правильно, на затворы транзисторов приходит сигнал от драйвера нужной формы и величины.

Осталось только закрепить новые полевые транзисторы с нанесенной теплоотводящей пастой на алюминиевых радиаторах. Радиаторы устанавливаются на плату, а ножки транзисторов поочередно запаиваются. Восстановление сварочного аппарата практически закончено, осталось только испытать устройство.

Заключение

Для этого подключаем к выводным контактам платы сварочного аппарата лампу на 40 Вт и включаем ее, если лампа загорелась вполнакала, значит, восстановление выходных цепей выполнено успешно. Чтобы удостовериться в полной работоспособности аппарата, к муфтам сварочных шлангов подключают реостат и тестером измеряют напряжение на выходных клеммах. Если поворотом ручки напряжение на клеммах муфты плавно меняется от 60 В до 10 В, значит, аппарат полностью исправен, в противном случае нужно менять операционный усилитель в цепи регулировки.

Инверторные аппараты обладают хорошим качеством сварки и обеспечивают сварщику максимально удобные условия для работы. Но эти удобства и достоинства достигаются за счет усложненной конструкции сварочного механизма. Следовательно, инверторная сварка имеет менее надежную конструкцию, в отличие от обычных выпрямителей и трансформаторов.

Схема сварочного инверторного полуавтомата.

Ремонт инверторной сварки

Сварочный инвертор — это электронное устройство.

Его конструкция намного сложнее обычного сварочного аппарата, который является электротехническим устройством.

Поэтому для диагностики и дальнейшего ремонта устройства инверторной сварки нужно проверять работу всех резисторов, диодов, транзисторов и прочих радиотехнических деталей. Для ремонта инвертора понадобятся следующие инструменты:

Блок – схема сварочного инвертора.

В основе работы такой сварки заложен следующий принцип:

1. Выпрямление тока, поступающего из сети (выполняется при помощи выпрямителя на входе).
2. Процесс, в ходе которого выпрямленный ток преобразуется в переменный ток с высокой частотой (происходит с помощью инверторного модуля).
3. Высокочастотное напряжение понижается до напряжения, необходимого для сварки (осуществляется с помощью трансформатора).
4. Переменный ток высокой частоты преобразуется (выпрямляется) в постоянный ток, необходимый для сварки.

В состав инвертора входят несколько электронных механизмов (модулей). Их можно разделить на 3 основные части:

• модуль выпрямителя тока на входе;
• модуль преобразования тока на выходе;
• электронная плата с транзисторами (ключами).

Основные модули и элементы на всех агрегатах остаются неизменными, но их расположение в самом аппарате всегда бывает разным. Сложность в ремонте такой сварки заключается в том, что практически во всех случаях очень сложно провести диагностику неисправностей.

Выполнить это можно, проведя комплексную последовательную проверку всех узлов и механизмов агрегата. Поэтому успешный ремонт сварки своими руками возможно выполнить только при наличии знаний и навыков работы с электроникой, иначе можно впустую потратить силы и время на работу или просто «доломать» инвертор.

Шаги выполнения ремонта

Первое и самое важное в ходе ремонта — это необходимость проверки работы транзисторов. Транзисторы являются одним из самых слабых мест в работе этого агрегата. Определить сломанный или перегоревший транзистор можно сразу. Сделать это можно даже визуально.

Отличаться от исправного транзистора он будет треснутым корпусом или подгоревшими выводами распайки. Если в ходе осмотра найдены такие элементы, то их нужно сразу заменить. Установку новых транзисторов нужно выполнять только на термопасту. Она обеспечит выведение тепла с электронной детали на радиатор, выполненный из алюминия.

В тех случаях, когда внешних признаков повреждения или поломки не обнаружено, необходимо воспользоваться мультиметром. Он применяется для «прозвона» всех транзисторов. После определения сломанного элемента необходимо произвести его замену. Замену нужно выполнять в соответствии с теми параметрами, которые указаны на заменяемой детали. Если нужную деталь найти сложно, то можно поискать ее аналоги.

Вторым шагом во время ремонта сварки своими руками будет диагностика драйвера и его элементов. Поскольку транзисторы просто так не могут выйти из строя, то нужно проверить работу «раскачивающих» их элементов. В этом случае понадобится омметр. После обнаружения неисправности деталь необходимо выпаять и заменить.

Третьим шагом является диагностирование входных и выходных выпрямителей. Они представляют собой диодные мосты. Такой мост устанавливается на радиаторе и считается надежным узлом работы. Диодные мосты очень редко выходят из строя. Их проверку нужно выполнять после снятия с платы. Если во время проверки весь мост замыкается накоротко, то необходимо найти перегоревший диод и заменить его.

В том случае, если предыдущие шаги не помогли, то необходимо переходить к 4 шагу. Он будет самым сложным и ответственным и заключается в проверке платы управления агрегатом. Это самая сложная часть инвертора. Она контролирует работу всех его компонентов и узлов. Проверку можно выполнить осциллографом. С его помощью проверяются сигналы, которые поступают на шины затворов, помогающие выполнять управление сваркой. При неисправности этой платы необходимо произвести полную ее замену.

Конструкция инверторов довольно сложная, поэтому ремонт сварки своими руками нужно делать очень аккуратно. Нужно только иметь определенные навыки и умение работать с диагностической аппаратурой. Если их нет, то лучше сразу обратиться к специалистам.

В последние годы завоевали популярность инверторные сварочные аппараты. Эта техника относительно недорогая, удобная в работе, позволяющая выполнять большинство работ. По крайней мере, в быту, домашнем строительстве, в гараже.

Все инверторные сварочные аппараты построены, несмо­тря на обилие марок, по одному и тому же принципу. Вы­ходной ток сварочного инвертора достигает 140 А и более при напряжении дуги примерно 25 В. Параметры схемы по­добраны так, чтобы от однофазной сети потреблялась мощ­ность порядка 4-5 кВт. Производитель, как правило, — Ки­тай. У одних пользователей аппараты служат годами, у дру­гих — несколько дней или недель. В большинстве случаев вышедший из строя аппарат можно отремонтировать.

Причин, по которым выходит из строя эта техника не­сколько:

• попадание внутрь влаги (хотя во многих изделиях платы покрывают лаком) и пыли, особенно металлической. Опыт­ные сварщики рекомендуют пользоваться «болгаркой» в удалении от сварочного аппарата, поскольку его венти­лятор охлаждения затянет проводящую пыль внутрь кор­пуса;
• некачественные контакты в проводах подключения на­пряжения сети, слишком длинные провода;
• отказы вентиляторов охлаждения с последующим их за­клиниванием.

Для эффективного ремонта этих изделий необходим ос­циллограф, который следует запитать (от сети 230 В / 50 Гц) через разделительный трансформатор. Для этого можно ис­пользовать силовой трансформатор от старого цветного те­левизора. Включение через трансформатор исключит воз­можное поражение ремонтника током, поскольку вся сило­вая цепь сварочного инвертора гальванически связана с се­тью 230 В / 50 Гц.

Опыт ремонта таких аппаратов показывает, что большин­ство неисправностей связано с отказами реле плавного пу­ска и вторичного источника питания (ВИП). При отказе ВИП аппарат не включается. ВИП обычно вырабатывают напря­жение 12, 15 или 24 В. Мощность его ограничена, почти всегда он работает в тяжелом режиме и при скачках сете­вого напряжения, заклинивании питающихся от него венти­ляторов обдува, сразу выходит из строя. При этом нередко разрушаются обмотки его трансформатора. Трансформатор легко разбирается после 5 минут кипячения в воде и пере­матывается. В качестве межобмоточной изоляции удобно при менять высокотемпературный скотч, а при его отсутствии — ленты, нарезанные из кухонного рукава для запекания.

Наиболее тяжелые случаи — это когда произошел отказ силовых IGBT или FET транзисторов. Просто менять их бес­смысленно — «сгорят» снова. Как правило, «сгорание» сопро­вождается коротким замыканием по цепи сетевого питания. «Прозвонка» мультиметром показывает, что закорочены плюс и минус сглаживающих конденсаторов выпрямителя сети 300 В.

В этом случае сразу выпаиваем все силовые транзисто­ры, все диоды их обвязки и проверяем. Проверяем выпря­мительные диоды сетевого напряжения. Иногда половина силовых транзисторов остается цела (первые включения мож­но будет сделать на них).

Можно попробовать включить инвертор без силовых тран­зисторов. Если ВИП цел, схема включится, щелкнет реле плав­ного пуска, но будет светиться индикатор аварии (напряже­ния на выходе инвертора нет). Если от внешнего источника питания подать на выходные зажимы 25-30 В, индикатор ава­рии должен погаснуть. На выходе платы управления при этом наблюдаются импульсы управления разных частот: с авари­ей 10-20кГц, без аварии — 45-50 кГц. Частоту проверять обя­зательно!

Многие IGBT при частоте импульсов на их затворах 70- 80 кГц выходят из строя. А качество керамических конден­саторов платы управления «сделано в Китае», от которых эта частота зависит, сами знаете какое. Это, кстати, одна из при­чин «беспричинного» выхода из строя силовых транзисторов, просто при включении аппарата.

Нужно проверить наличие и форму импульсов управле­ния непосредственно на контактах входов IGBT, припаяв кон­денсатор номиналом 1500-2000пФ и параллельно резистор 200 Ом вместо затворов. Импульсы должны быть одинако­вые, амплитудой не менее 12 В с некоторым заходом в от­рицательную область напряжений. При малейших отличиях — проверять элементы драйвера.

Во избежание тяжелых повреждений и прогаров в платах первое включение после ремонта лучше делать через последо­вательно включенную в сеть лампу накаливания 230 В 100 Вт.

Только получив одинаковые импульсы управления, мож­но впаять пару транзисторов, даже без радиаторов и попро­бовать включить сварочный инвертор в сеть.

Включили, запустилось. Авария не горит. На выходе ин­вертора 66-80 Вольт. Не спешите варить! Проверьте работу обратной связи по току. При отсутствии балласта, подойдет резистор 2-3 Ом, составленный из нескольких параллельно. Можно поместить его в воду. Ручку регулятора ставим на минимум сварочного тока. Наблюдая осциллографом импуль­сы на затворах выходных транзисторов, кратковременно под­ключаем к выходу сварочного инвертора данную импрови­зированную нагрузку и видим срабатывание петли регулиро­вания по изменению ширины управляющих импульсов под нагрузкой.

Только теперь можно окончательно собрать силовую часть и пробовать варить.

Нередко в петле регулирования, после повреждения сва­рочного инвертора, остаются неисправности, и при попытке варить развивается ничем не ограниченный ток — происхо­дит «бах» с кучей вышедших из строя элементов…

Главное в ремонте — не спешить, двигаясь по порядку, устанавливая силовые транзисторы в последнюю очередь, когда все проверено и просмотрено.

Гамма IGBT транзисторов очень широка по номенклату­ре и ценам. Выбирайте любые, какие вам доступны. Жела­тельно по образцовому фото от проверенного производите­ля выбирать приборы с лазерной гравировкой названия. В некоторых приборах нет встроенных демпферных диодов — такие приборы дешевле, но надежно работать не будут. По­этому проверяйте наличие демпферов заранее по даташиту.

Автор: Аркадий Солуня, г. Щучинск, Казахстан
Источник: Электрик №1-2/2018