Содержание
Ремонтируем сварочный аппарат TELWIN Force 165
Здесь будет рассмотрен ремонт сварочного инвертора TELWIN Force 165. Для тех, кто не знаком с устройством и схемотехникой сварочного инвертора, предлагаем сначала ознакомиться с материалами на эту тему, а именно:
В этих двух статьях на примере реального аппарата TELWIN Force 165 и принципиальной схемы сварочных инверторов TELWIN Tecnica 144-164 подробно описана электронная начинка и назначение каждого элемента схемы.
Но давайте вернёмся к нашему неисправному аппарату – сварочному инвертору TELWIN Force 165. По словам владельца, аппарат исправно работал, но вдруг, после небольшой передышки в работе напрочь отказывался выполнять свои обязанности. При попытке начать работу искра не появлялась, а изнутри корпуса доносился неестественный для штатной работы «гул» и «писк».
По словам владельца также было известно, что аппарат вроде как работал – был слышен шум вентилятора обдува, включался индикатор штатной работы. А это свидетельствует о том, что транзисторы инвертора исправны.
Складывалось впечатление, что сварочный инвертор «уходит в защиту» – срабатывают внутренние защитные цепи, которые есть в составе любого импульсного агрегата, тем более такого мощного.
Поиск неисправности сварочного инвертора я начал нестандартно. Включать приборчик не стал.
Ранее я с такими приборами не сталкивался, и они были для меня в новинку. Поэтому первым делом вскрыл корпус и стал проверять мультиметром все доселе известные мне детали.
На печатной плате сварочного инвертора обнаружил знакомые элементы: вентилятор, мощный диодный мост (на него установлен радиатор), высоковольтные электролитические конденсаторы фильтра, фильтр EMC, ключевые мощные транзисторы инвертора (установлены на радиатор), импульсный трансформатор, электромагнитное реле…
Неприятным сюрпризом оказалось то, что поверхность печатной платы была залита каким-то лаком, который затруднял считывание маркировки SMD-элементов и микросхем.
Также были обнаружены защитные элементы. Один из них – термопредохранитель на 90 0 С. Он приклеен к радиатору диодного моста.
Насколько мне известно, такие термопредохранители срабатывают намертво, то есть если нагреются выше своей температуры срабатывания, то размыкаются навсегда. Похожие термопредохранители можно обнаружить в силовых трансформаторах. Там они включаются в цепь первичной обмотки и приклеиваются к ней. Защищают трансформатор от перегрева. Иногда можно ложно судить о том, что первичная обмотка трансформатора в обрыве, хотя стоит убрать (или замкнуть накоротко) этот самый термопредохранитель, как оказывается, что трансформатор исправен.
Поэтому первым делом проверил целостность термопредохранителя на 90 0 С. Он оказался исправен.
Кроме этого на одном из радиаторов, к которым крепятся мощные ключевые транзисторы инвертора, также есть температурный датчик. Внешне он очень похож на термовыключатель серии KSD, которые используются в термопотах, водяных нагревателях и прочей бытовой электротехнике.
Особенность этих термовыключателей в том, что их контакты вновь замыкаются, если температура опустится ниже определённого значения. Понятно, что этот температурный датчик отслеживает нагрев мощных ключевых транзисторов и, если есть перегрев, временно отключает работу сварочного инвертора. Как только радиаторы, а, следовательно, и транзисторы остынут, то аппарат вновь запустится, и будет работать в штатном режиме.
При проверке термовыключателя оказалось, что он также исправен. Ну, что ж, будем искать неисправность дальше.
После недолгих поисков, было решено проверить мощные выпрямительные диоды. На печатной плате они расположены рядком и надёжно прикручены к радиатору шурупами. На страницах сайта уже рассказывалось о том, как проверить диод.
Маркированы как 60CPH03. Это ультрабыстрые сдвоенные диоды VS-60CPH03.
После проверки оказалось, что ориентировочно неисправны все три сдвоенных диода. Но это всего лишь предположение, так как диоды впаяны в схему, и 100% утверждать, что именно они неисправны нельзя. Несмотря на это стало понятно, в каком направлении нужно «копать» дальше.
Разобраться в проблеме можно было бы и без схемы, но с ней интересней, тем более что под рукой оказалось руководство по ремонту сварочных инверторов TELWIN Tecnica 144-164, которые, честно говоря, мало чем отличаются по своему составу и схемотехнике от TELWIN Force 165. Если взглянуть на принципиальную схему, то можно заметить, что даже при пробое одного из сдвоенных диодов 60CPH03, все остальные диоды при проверке будут также «неисправными», если их не выпаять из платы и не проверить каждый в отдельности. Вот кусочек схемы – выходной выпрямитель.
Как оказалось, выпаять эти самые диоды не так-то просто. Во-первых, пайка очень достойная и качественная. Да и как тут по-другому, ведь в силовой части сварочного аппарата протекают огромные токи, вплоть до 130 ампер! Малейший недопай и место контакта будет греться, а это в последствие приведёт к неисправности. Поэтому итальянцы не жалеют припоя и надёжно сдабривают им место контакта.
Не стоит забывать, что современная электроника изготавливается с помощью бессвинцовых припоев, а температура их плавления, как правило, выше, чем у обычного оловянно-свинцового.
Перед тем, как выпаивать диоды, необходимо демонтировать радиатор. Шурупы, которыми крепятся диоды к радиатору нестандартные, но открутить их можно пассатижами.
Для выпайки лучше воспользоваться паяльником помощнее. Лучше взять обычный паяльник мощностью ватт на 50, иначе выпайка превратится в мучение. Можно, конечно, применить и 40-ка ваттный паяльник, но тут потребуется сноровка и немало терпения. Надо успеть хорошо прогреть все 3 вывода диода одновременно.
При демонтаже можно попробовать использовать медную оплётку или десольдер для удаления припоя. Правда, если паяльник маломощный (например, 40 ватт), то толку от них будет мало. Припой будет моментально застывать.
Несмотря на трудности вызванные маломощностью паяльника (он у меня на 40 ватт) и обгоревшим медным жалом мне всё-таки удалось выпаять сдвоенные диоды. К сожалению, не без «косяков».
Выдрал с корнями сквозную металлизацию медных дорожек. Ах, да ладно, не беда. Зачистим и надрастим.
Оказалось, что пробит один из диодов – остальные целы. Стоит отметить, что пробитым оказались оба диода, которые являются частью одного сдвоенного диода. Теперь это не диод – а «решето», – обычный проводник в красивом корпусе.
Если взглянуть на схему, то «вылетел» тот диод, который обозначен красным кружком.
Напомню, что кусочек схемы взят из руководства для TELWIN Tecnica 144-164. А чинил TELWIN Force 165. У телвин Force 165 на плате нет катушки индуктивности L1 (дроссель) и, по-видимому, не должно быть, так как посадочного места на плате для неё нет. Так что не обращайте на неё внимания. В реальности же эта катушка выполнена из медного провода большого сечения, чтобы выдерживать токи до 140 ампер.
Было решено оставить аппарат в покое и заняться поисками замены неисправного диода VS-60CPH03. Найти замену диоду 60CPH03 оказалось не так-то просто. Купить в интернете эту радиодеталь не получилось. В интернет-магазинах такая деталь почему-то является редкостью (возможно, всё уже изменилось). Пришлось ехать на радиорынок и покупать там.
Был куплен аналог диода с маркировкой STTH6003CW. Цена у него оказалась приличная, да и найти нужный оказалось непросто.
Параметры STTH6003CW такие же, как и у VS-60CPH03, а именно:
Корпус – TO-247;
Максимальный ток в прямом включении IF(AV) – 30A на 1 элемент (60А на оба диода);
Допустимое обратное напряжение VRRM – 300V;
Время восстановления (или быстродействия) trr (max) – 50 ns (50 наносекунд).
Сдвоенный диод STTH6003CW относится к, так называемым, быстродействующим диодам. Буржуи обзывают такие диоды Ultra-fast, Hyperfast, Super-fast, Stealth diode, High frequency secondary rectifier и т.п. В общем, как только не пытаются подчеркнуть их крутизну.
Главная особенность быстродействующего диода – это способность быстро открываться (пропускать ток) и также быстро закрываться (не пропускать ток). А это означает, что он может работать на высоких частотах. Это и требуется для работы в выпрямителе сварочного инвертора, так как требуется выпрямлять ток высокой частоты – десятки килогерц.
Поэтому заменять такие диоды стоит только быстродействующими!
Для замены диода VS-60CPH03 подойдут STTH6003CW, FFH30US30DN. Все эти диоды – аналоги и отлично подходят для замены друг друга. Активно применяются в сварочных аппаратах. Также подойдёт STTH6003TV, но у него другой корпус (ISOTOP), хотя если другого нет, то при желании можно изловчиться и прикрутить его куда-нибудь.
При установке диодов на радиатор необходимо обязательно использовать теплопроводную пасту (например, КПТ-8).
Жадничать не стоит, но и чрезмерно намазывать пастой место теплового контакта не стоит. Наносим небольшой, ровный слой пасты на площадь соприкосновения корпуса диода и алюминиевого радиатора. Затем надёжно прикручиваем корпус диода к радиатору шурупом.
К установке диодов на радиатор стоит относиться серьёзно. В процессе работы диоды сильно греются и малейшие трудности с охлаждением вызовут их перегрев и выход из строя.
При установке диодов необходимо как можно лучше пропаять места соединения выводов и контактов медных дорожек. Это очень важно, так как токи просто огромные и если схалтурить, то ничего хорошего из этого не выйдет.
Если при демонтаже были «содраны» медные пятаки и медные дорожки, то их можно надрастить медным лужёным проводом и качественно пропаять. Чисто электрического контакта недостаточно – пайка должна быть надёжной.
После замены неисправного диода прибор заработал.
Архив со схемами на сварочные аппараты TELWIN Tecnica 141-161, TELWIN Tecnica 144-164 и TELWIN Tecnica 150, 152, 170, 168GE можно скачать здесь и здесь. Размер файла – 4,4 Mb.
В современном сварочном оборудовании существует тенденция к сокращению потерь и увеличению производительности инверторов. Более половины всех потерь в инверторах вызваны недостаточным быстродействием диодов во вторичной цепи. Компания STMicroelectronics разработала новую серию сверхбыстрых диодов STTH, имеющих сверхмалое значеоборудовании существует тенденция к сокращению потерь и увеличению производительности инверторов. Более половины всех потерь в инверторах вызваны недостаточным быстродействием диодов во вторичной цепи. Компания STMicroelectronics разработала новую серию сверхбыстрых диодов STTH, имеющих сверхмалое значе-
ние времени обратного восстановления. Используя платину при производстве сильноточных(от 20 до 200 А) диодов STTH серии "W", инженеры компании смогли создать решение, удовлетворяющее самым жестким требованиям современных сварочных устройств.
– низкое прямое напряжение IR
– низкий обратный ток IR;
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.