Принцип действия инверторного сварочного аппарата

Устройство сварочного инвертора

Реальная практика ремонта электроники

В настоящее время стали очень популярны и доступны по цене сварочные аппараты инверторного типа.

Несмотря на свои положительные качества, они, как и любое другое электронное устройство, временами выходит из строя.

Чтобы отремонтировать инвертор сварочного аппарата нужно хотя бы поверхностно знать его устройство и основные функциональные блоки.

В первых двух частях будет рассказано об устройстве сварочного аппарата модели TELWIN Tecnica 144-164.

В третьей части будет рассмотрен пример реального ремонта сварочного инвертора модели TELWIN Force 165.

Информация будет полезна всем тем начинающим радиолюбителям, которые хотели бы научиться самостоятельно ремонтировать сварочные аппараты инверторного типа.

Дальше будет много букв – наберитесь терпения .

Основные этапы преобразования энергии в инверторном сварочном аппарате:

• 1. Выпрямление переменного напряжения электросети 220V;
• 2. Преобразование постоянного напряжения в переменное высокой частоты;
• 3. Понижение высокочастотного напряжения;
• 4. Выпрямление пониженного высокочастотного напряжения.

Это кратко, так сказать, на пальцах . Такие же преобразования происходят в импульсных блоках питания для ПК.

Спрашивается, а зачем нужны эти пляски с бубном (несколько ступеней преобразования напряжения и тока)? А дело тут вот в чём.

Ранее основным элементом сварочного аппарата являлся мощный силовой трансформатор. Он понижал переменное напряжение электросети и позволял получать от вторичной обмотки огромные токи (десятки – сотни ампер), необходимых для сварки.

Как известно, если понизить напряжение на вторичной обмотке трансформатора, то можно во столько же раз увеличить ток, который может отдать нагрузке вторичная обмотка.

При этом уменьшается число витков вторичной обмотки, но и растёт диаметр обмоточного провода.

Из-за своей высокой мощности, трансформаторы, которые работают на частоте 50 Гц (такова частота переменного тока электросети), имеют весьма большие размеры и вес.

Чтобы устранить этот недостаток были разработаны инверторные сварочные аппараты. За счёт увеличения рабочей частоты до 60-80 кГц и более, удалось уменьшить габариты, а, следовательно, и вес трансформатора.

А это приводит к уменьшению веса сварочного аппарата, а также к экономии меди и других материалов на изготовление трансформатора.

Но где взять эти самые 60-80 кГц, если частота переменного тока электросети всего 50 Гц? Тут на выручку приходит инверторная схема, которая состоит из мощных ключевых транзисторов, которые переключаются с частотой 60-80 кГц.

Но чтобы транзисторы работали, необходимо подать на них постоянное напряжение. Его получают от выпрямителя. Напряжение электросети выпрямляется мощным диодным мостом и сглаживается фильтрующими конденсаторами.

В результате на выходе выпрямителя и фильтра получается постоянное напряжение величиной более 220 вольт. Это первая ступень преобразования.

Вот это напряжение и служит источником питания для инверторной схемы. Мощные транзисторы инвертора подключены к понижающему трансформатору. Как уже говорилось, транзисторы переключаются с огромной частотой в 60-80 кГц, а, следовательно, трансформатор работает также на этой частоте.

Но, как уже говорилось, для работы на высоких частотах требуются менее громоздкие трансформаторы, ведь частота то уже не 50 Гц, а все 65000 Гц! В результате трансформатор «сжимается» до весьма малых размеров, а мощность его такая же, как и у здоровенного собрата, который работает на частоте 50 Гц.

Думаю, идея понятна.

Вся эта петрушка с преобразованием привела к тому, что в схемотехнике сварочного аппарата появляется куча всяких дополнительных элементов, служащих для того, чтобы аппарат стабильно работал. Но, хватить теории, перейдём к «мясу», а точнее к реальному железу и тому, как оно устроено.

Устройство сварочного аппарата инверторного типа. Часть 1. Силовой блок

Разбираться в устройстве сварочного инвертора желательно по схеме конкретного аппарата.

К сожалению, схемы на TELWIN Force 165 я не нашёл, поэтому нагло позаимствуем схему из руководства по ремонту другого аппарата – TELWIN Tecnica 144-164.

Фотографии аппарата и его начинки будут от TELWIN Force 165, так как именно он оказался в моём распоряжении. Исходя из анализа схемотехники и элементной базы, особых отличий между этими моделями практически нет, если не учитывать мелочи.

Принципиальная схема сварочного аппарата инверторного типа TELWIN Tecnica 144-164 состоит из двух основных частей: силовой и управляющей.

Сначала разберёмся в схемотехнике силовой части. Вот схема. Картинка кликабельна (нажмите для увеличения – откроется в новом окне).

Сетевой выпрямитель

Как уже говорилось, сначала переменный ток электросети 220V выпрямляется мощным диодным мостом и фильтруется электролитическими конденсаторами.

Это нужно для того, чтобы переменный ток электросети частотой 50 герц стал постоянным. Конденсаторы С21, С22 нужны для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, которые всегда присутствуют после диодного выпрямителя.

Выпрямитель реализован по классической схеме диодный мост. Он выполнен на диодной сборке PD1.

Следует знать, что на конденсаторах фильтра напряжение будет больше в 1,41 раза, чем на выходе диодного моста.

Таким образом, если после диодного моста мы получим 220V пульсирующего напряжения, то на конденсаторах будет уже 310V постоянного напряжения (220V * 1,41 = 310,2V).

Обычно же рабочее напряжение ограничивается отметкой в 250V (напряжение в сети ведь может быть и завышенным). Тогда на выходе фильтра мы получим все 350V. Именно поэтому конденсаторы имеют рабочее напряжение 400V, с запасом.

А что в железе?

На печатной плате сварочного аппарата TELWIN Force 165 элементы сетевого выпрямителя занимают довольно большую площадь (см. фото выше). Выпрямительный диодный мост установлен на охлаждающий радиатор.

Это элемент защиты.

В выпрямителе применяются диодные сборки (диодный мост) типа GBPC3508 или аналогичный. Сборка GBPC3508 рассчитана на прямой ток (I0) — 35А, обратное напряжение (VR) — 800V.

После диодного моста установлены два электролитических конденсатора (здоровенькие бочонки) ёмкостью 680 микрофарад каждый и рабочим напряжением 400V. Ёмкость конденсаторов зависит от модели аппарата. В модели TELWIN Tecnica 144 – 470 мкф., а в TELWIN Tecnica 164 – 680 мкф. Постоянное напряжение с выпрямителя и фильтра подаётся на инвертор.

Помеховый фильтр

Для того чтобы высокочастотные помехи, которые возникают из-за работы мощного инвертора, не попадали в электросеть, перед выпрямителем устанавливается фильтр ЭМС – электромагнитной совместимости.

На английский манер аббревиатура ЭМС обозначается как EMC (ElectroMagnetic Compatibility).

Если взглянуть на схему, то фильтр EMC состоит из элементов С1, C8, C15 и дросселя на кольцевом магнитопроводе T4.

Инвертор

Схема инвертора собрана по схеме так называемого «косого моста». В нём используется два мощных ключевых транзистора. В сварочном инверторе ключевыми транзисторами могут быть как IGBT-транзисторы, так и MOSFET.

Например, в моделях Telwin Tecnica 141-161 и 144-164 используются IGBT-транзисторы (HGTG20N60A4, HGTG30N60A4), а в модели Telwin Force 165 применены высоковольтные MOSFET-транзисторы (FCA47N60F). Оба ключевых транзистора устанавливаются на радиатор для отвода тепла.

Фото одного из двух транзисторов MOSFET типа FCA47N60F на плате TELWIN Force 165.

Снова взглянем на принципиальную схему и найдём на ней элементы инвертора.

Постоянное напряжение коммутируется транзисторами Q5 и Q8 через обмотку импульсного трансформатора T3 с частотой гораздо большей, чем частота электросети. Частота переключений может составлять несколько десятков килогерц! По сути, создаётся переменный ток, как и в электросети, но только он имеет частоту в несколько десятков килогерц и прямоугольную форму.

Для защиты транзисторов от опасных выбросов напряжения используются демпфирующие RC-цепи R46C25, R63C30.

Для понижения напряжения используется высокочастотный трансформатор T3. С помощью транзисторов Q5, Q8 через первичную обмотку трансформатора T3 (обмотка 1-2) коммутируется напряжение, которое поступает от сетевого выпрямителя (DC+, DC-). Это то самое постоянное напряжение в 310 – 350V, которое было получено на первом этапе преобразования.

За счёт коммутирующих транзисторов постоянное напряжение преобразуется в переменное. Как известно, трансформаторы постоянный ток не преобразуют.

Со вторичной обмотки трансформатора T3 (обмотка 5-6) снимается уже намного меньшее напряжение (около 60-70 вольт), но максимальный ток может достигать 120 – 130 ампер! В этом и заключается основная роль трансформатора T3.

Через первичную обмотку течёт небольшой ток, но большого напряжения. Со вторичной обмотки уже снимается малое напряжение, но большой ток.

Размеры этого самого трансформатора невелики.

Далее со вторичной обмотки импульсного трансформатора переменный ток высокой частоты выпрямляется мощными диодными выпрямителями. С выхода выпрямителя (OUT+, OUT-) снимается электрический ток с нужными параметрами. Это и необходимо для проведения сварочных работ.

Выходной выпрямитель

Выходной выпрямитель собран на базе мощных сдвоенных диодов с общим катодом (D32, D33, D34). Эти диоды обладают высоким быстродействием, т. е. они могут быстро открываться и также быстро закрываться. Время восстановления trr< 50 ns (50 наносекунд).

Это свойство очень важно, поскольку они выпрямляют переменный ток высокой частоты (десятки килогерц). Обычные выпрямительные диоды с такой задачей бы не справились – они бы просто не успевали открываться и закрываться, нагревались и выходили бы из строя. Поэтому в случае ремонта заменять диоды в выходном выпрямителе следует именно быстродействующими.

В выпрямителе используются сдвоенные диоды марок STTH6003CW, FFH30US30DN, VS-60CPH03 (с ними мы ещё встретимся ). Все эти диоды являются аналогами, рассчитаны на прямой ток 30 ампер на один диод (60 ампер на оба) и обратное напряжение 300 вольт. Устанавливаются на радиатор.

Для защиты диодов выпрямителя используется демпфирующая RC-цепочка R60C32 (см. схему силовой части).

Схема запуска и реализация «мягкого пуска»

Для питания микросхем и элементов, которые расположены на плате управления, используется интегральный стабилизатор на 15 вольт – LM7815A. Он установлен на радиатор.

Напряжение питания на стабилизатор поступает с основного выпрямителя PD1 через два последовательно включенных резистора R18, R35 (6,8 кОм 5W).

Эти резисторы понижают напряжение и участвуют при запуске схемы.

Напряжение +15 со стабилизатора U3 (LM7815A) поступает на управляющую схему. Далее, когда схема управления и драйвер «раскачали» мощную схему инвертора, то на дополнительной вторичной обмотке трансформатора T3 (обмотка 3-4) появляется напряжение, которое выпрямляется диодом D11.

Выпрямленное напряжение после диода D11 также служит для питания реле RL1, охлаждающего вентилятора V1 и индикаторного светодиода D10 (Verde – «Зелёный»). Резисторы R40, R41, R65, R37 гасят излишки напряжения. Для стабилизации напряжения питания вентилятора V1 (12V) применяется 5-ти ваттный стабилитрон D36 на 12V.

Реле RL1 обеспечивает плавный запуск инвертора («мягкий пуск»). Разберёмся с этим подробнее.

В момент включения сварочного аппарата начинается заряд электролитических конденсаторов. В самом начале зарядный ток очень велик и может вызвать перегрев и выход из строя диодов выпрямителя. Чтобы уберечь диодную сборку от повреждения зарядным током применяется схема ограничения заряда (или «мягкого пуска»). Взглянем на схему.

Основным элементом схемы «мягкого пуска» служит резистор R4, мощность которого 8W (8 ватт). Сопротивление резистора – 47 ом. Именно на него возложена роль ограничения зарядного тока в первые моменты после включения.

После того, как заряд конденсаторов закончился, а инвертор начал работу в штатном режиме, электромагнитного реле RL1 замыкает контакты. Контакты реле шунтируют резистор R4, и в дальнейшем он не участвует в работе схемы, так как весь ток проходит через контакты реле. Таким образом реализован плавный запуск.

На плате инвертора TELWIN Force 165 также можно найти элементы схемы «мягкого пуска». В качестве реле RL1 выступает электромагнитное реле модели Finder на рабочее напряжение 24V (параметры контактов реле – 16A 250V~).

Итак, мы узнали о том, что сварочный инвертор состоит из сетевого выпрямителя 220V, мощного инвертора на транзисторах, понижающего трансформатора и выходного выпрямителя. Это силовые части схемы. Через них протекают огромные токи. Но где же «мозги» этого устройства? Кто управляет работой инвертора?

Об этом мы узнаем из следующей части нашего повествования. Читать далее.

» Мастерская » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Принцип работы сварочного инвертора и правила эксплуатации

Время чтения: 8 минут

Инверторная сварка в 21 веке смогла стать самой распространенной среди всех сварочных технологий, поскольку кардинально изменила представление о сварочном оборудовании.

Если раньше при словосочетании «сварочный аппарат» мастера представляли большой и громоздкий трансформатор, которым трудно варить новичку.

То теперь на ум приходят компактные и легкие инверторы, которые просты в эксплуатации и стоят недорого.

статьи

Общая информация

Как мы уже упомянули выше, ранее у домашнего сварщика практически не было выбора при покупке сварочного аппарата. Он мог приобрести трансформатор или выпрямитель, а затем наступало время долгого обучения. Трансформаторы нельзя просто подключить к розетке и начать сварку. Необходимо знать множество нюансов: начиная от регулировки силы тока заканчивая ведением шва.

Но, времена изменились. Прогресс не стоял на месте, и в начале 21 века на массовом рынке появились инверторы. Они существенно отличались от привычных трансформаторов не только своими габаритами, но и функционалом.

У сварщиков появилась возможность без труда перевозить сварочный аппарат из точки А в точку Б, поскольку инверторы весили в среднем 10 кг.

Сварщики по достоинству оценили аппараты нового поколения.

На сегодняшний день инверторы — это самый популярный тип сварочного оборудования. Инвертор можно найти как на даче у домашнего умельца, так и в мастерской или на производстве. Сердце такого аппарата — инверторный источник сварочного тока. Отсюда и название «инвертор».

Из-за такой путаницы в названии многим новичкам трудно понять, чем отличается инвертор от сварочного аппарата инверторного типа. Все просто. Инвертор — это зачастую компактный аппарат, предназначенный для ручной дуговой сварки. На этом его функционал заканчивается.

А вот сварочный аппарат инверторного типа может быть предназначен для различной сварки: от сварки в среде газа до сварки порошковой проволокой.

Например, к аппаратам инверторного типа часто относится полуавтомат, поскольку в его основе так же лежит инверторный источник тока.

Появление инверторного сварочного аппарата дало возможность многим домашним мастерам быстро и просто обучиться сварочному делу. Поскольку все инверторы понятны в эксплуатации, и достаточно прочесть инструкцию к купленному вами аппарату, чтобы приступить к работе.

Принцип работы

У инверторной сварки очень простой принцип работы. Вы подключаете аппарат в обычную бытовую розетку, откуда подается переменный ток.

Встроенный в инвертор выпрямитель сглаживает получаемый ток с помощью фильтра. После чего уже постоянный ток с помощью современных транзисторов преобразовывается в переменный ток высокой частоты.

Частота сварочного тока на данном этапе составляет от 20 до 50 кГц.

Но это еще не все. Далее переменный ток высокой частоты понижается, и у нас есть возможность использовать сварочный ток с силой от 100 до 200 Ампер (в среднем).

Вот и весь принцип действия сварочного инверторного аппарата.  Ну а поскольку преобразованием тока занимается блок электросхем, у инженеров получилось создать максимально компактные сварочные аппараты.

Сейчас инвертор весом 5 кг — это не редкость.

Поскольку принцип работы сварочного инверторапрост, многие умельцы самостоятельно собирают сварочный аппарат в домашних условиях из подручных материалов.

Правила эксплуатации инвертора

Инвертор — это технически сложный электроприбор, который нуждается в правильном применении, обслуживании и хранении. Мы собрали основные правила, которые следует соблюдать, чтобы ваш аппарат прослужил долго.

Прежде всего, узнайте, насколько ваш аппарат защищен от пыли и влаги. Большинство бюджетных инверторов справляются только с брызгами воды, и нуждаются в бережном хранении (о нем мы расскажем чуть позже). Если ваш инвертор будет защищен от осадков и грязи, вы сможете использовать его даже в полевых условиях.

Обращайте внимание на световые индикаторы, расположенные на корпусе инвертора. Все аппараты оснащены индикатором, сигнализирующем об опасном перегреве. Если на вашем инверторе во время сварки загорелась лампочка перегрева, то прекратите работу и дайте аппарату остыть

Особенности работы инвертора для сварки

Сварочные инверторы всё более уверенно занимают нишу производственного сварочного оборудования, приходя на смену традиционной трансформаторной технике. В том, что этот тренд носит глобальный характер, сомневаться не приходится.

Инверторное оборудование объективно успешней справляется со стоящими перед ним задачами.

Преимущества инверторной техники

Превосходство сварочных инверторов над классическими преобразователями трансформаторного типа просматривается как в технологическом, так и в экономическом аспекте.

Если вкратце перечислить преимущества, приобретаемые при внедрении инвертора, получится примерно следующее:

• более высокий коэффициент полезного действия, превышающий 90%, что предопределяет само устройство сварочного инвертора, характеризуемое отсутствием магнитных потерь в стальном сердечнике трансформатора, присущим «классике»;
• способность работать в условиях изменения уровня питающего напряжения в широких пределах, не снижая при этом технологических параметров;
• возможность очень точной установки тока сварки с цифровой индикацией его величины и жёстким поддержанием уровня в процессе сварки;
• кардинально сниженные габаритные размеры и вес конструкции;
• целый ряд совершенно новых возможностей, присущих только инверторным аппаратам, вот только некоторые из них.

К новым возможностям относится наличие специфических функций, среди которых hot start, anti sticking, arc force, и других, делающих процесс сварки доступным даже новичку. Есть возможность использования электродов, предназначенных для сварки, как переменным, так и постоянным током.

Что касается обычно называемых недостатков, присущих данному виду оборудования, то в первую очередь, речь идёт о сравнительно высокой цене этих приборов.

По этому поводу можно сказать следующее. Вспомните, как изменялись цены компьютерных и мобильных новинок буквально в течение нескольких лет. Дальнейшее совершенствование технологии и увеличение массовости производства неизбежно приведут к значительному снижению цен на сварочные инверторы.

Пояснения на схеме

Принцип работы сварочного аппарата, построенного на основе инвертора, иллюстрирует схема.

Структурная схема инвертора для сварки начинается с обозначения входящего тока и выпрямителя. Сетевое напряжение выпрямляется мостом из мощных диодов, установленных на радиаторы для рассеивания выделяющегося тепла.

Форма выпрямленного напряжения, имеющая ярко выраженные пульсации, схематически изображена в квадрате схемы, соответствующем выпрямителю.

Перед входом в инвертор, в общем-то, представляющем собой преобразователь напряжения, пульсации фильтруются с помощью конденсаторов большой ёмкости (на структурной схеме не показаны).

В инверторе, поступающее постоянное напряжение преобразуется в переменное, имеющее высокую частоту. Преобразование осуществляется за счёт переключения с большой частотой мощных ключевых полевых транзисторов, созданных по IGBT технологии.

При работе транзисторов выделяется большая мощность, поэтому их монтируют на массивных алюминиевых радиаторах. В свою очередь, работой транзисторов управляет высокочастотный генератор, основу которого составляет микросхема контроллера, работающего по принципу широтно-импульсного модулирования.

В этой части, принципиальная схема сварочного инвертора повторяет схемы импульсных блоков питания, используемых в радиоэлектронной аппаратуре с прошлого века.

Далее, трансформированное высокочастотное напряжение окончательно фильтруется конденсаторами и поступает на выходные клеммы сварочного инвертора.

Частота генерируемого при работе инвертора тока достигает значения нескольких десятков килогерц. Именно высокая частота лежит в основе принципа работы аппарата инверторной сварки.

Благодаря принципу высокочастотного преобразования удалось добиться снижения веса и уменьшения размеров сварочных аппаратов в несколько раз.

В основном это обусловлено очень малой массой и габаритами высокочастотных трансформаторов, конденсаторов и дросселей.

Управление током

Регулирование сварочного тока инвертора производится посредством электронного регулятора с обратной связью, изображённого на схеме. С помощью потенциометра, расположенного на лицевой панели сварочного инвертора, выбирается требуемая величина тока сварки.

При вращении ручки потенциометра, устанавливается некий уровень опорного напряжения на входе логических элементов, построенных на операционных усилителях.

Сигнал, поступающий по линии обратной связи с датчика тока, расположенного на выходе аппарата, сравнивается компаратором с уровнем заданного регулирующим потенциометром напряжения.

При этом происходит изменение скважности импульсов, генерируемых контроллером, что вызывает изменение режима переключения транзисторов и в конечном итоге, величины тока сварки.

То есть, принцип регулирования заключается в том, что схема всегда стремится поддерживать соответствие между значениями заданного и фактического тока, что обеспечивает его стабильность.

В качестве контроллера, формирующего регулируемые сигналы широтно-импульсной модуляции, обычно применяется микросхема TL494, производимая американской фирмой Texas Instruments, либо её аналоги.

Приведённая структурная схема показывает только принцип работы и взаимодействия отдельных функциональных блоков. Детализованная электросхема каждого типа инверторов может иметь индивидуальные особенности.

Автоматические функции сварочного оборудования

Чтобы понять, как работают инверторные сварочные аппараты в различных ситуациях, следует ознакомиться с принципом работы некоторых их функций.

ARC FORCE

Эта функция призвана осуществлять форсирование дуги. В процессе работы сварщика иногда капля расплавленного электрода, не оторвавшись вовремя и не попав в сварочную ванну, зависает, уменьшая зазор.

Это может грозить прилипанием электрода к детали. Принцип работы arc force заключается в кратковременном увеличении тока, который «сдувает» каплю металла.

ANTI STICK

В начале работы, в процессе розжига дуги, электрод может прилипнуть к заготовке. Принцип функции anti stick состоит в том, что в этот момент происходит резкое снижение сварочного тока. После отрыва электрода режим работы аппарата возвращается к норме.

HOT START

Работа этой опции помогает легко зажечь электрическую дугу. Принцип данной автоматической функции прост. При разжигании дуги, в момент отрыва электрода от заготовки, происходит кратковременное увеличение значения сварочного тока, что способствует более надёжному розжигу дуги.

Все функции способствуют более быстрой и надежной работе инвертора, что в итоге приводит к высокому качеству сварного шва.

Принцип работы сварочного инвертора: устройство аппарата, из чего состоит и как работает?

Сварка относится к самым эффективным методам, позволяющим надежно соединять металлические детали. Достигнуть наиболее качественных результатов в создании разнообразных конструкций из металла можно с помощью инвертора.

Данный инструмент широко применяется не только в производственных целях, но и в бытовых условиях. Поэтому важно понимать принцип работы сварочного инвертора.

Устройство и основные характеристики инверторов

Еще совсем недавно подобные агрегаты были достаточно простыми по схеме работы. Со временем аппарат был существенно модернизирован и дополнен электроникой.

В результате такие характеристики инверторных аппаратов, как его эффективность и функциональность существенно повысились. А самое главное, в процессе подобных модификаций, устройство не стало стоить дороже.

Как показывают современные тенденции, цена на аппарат, наоборот, снизилась, что не может не радовать сварщиков.

Вольт амперная характеристика инвертора для сварки.

Их схожесть заключается в принципе преобразования энергии, которое осуществляется в соответствии со следующими основными этапами:

• выпрямление переменного напряжения электросети 220 В;
• преобразование напряжения в переменное высокой частоты;
• снижение высокочастотного U;
• выпрямление пониженного напряжения.

Выше лишь кратко перечислены основные действия данного прибора. Как видно, импульсные блоки питания персональных компьютеров выполняют такие же операции, что известно даже чайникам.

Раньше главным узлом сварочного устройства являлся мощный трансформатор. Он также позволял понижать входное напряжение и снимать со вторичной обмотки большие токи, величина которых могла достигать сотен ампер. Данных параметров было вполне достаточно, чтобы осуществлять сварку.

Недостатком такого агрегата является слишком большой вес, делающий мобильность инструмента минимальной. С целью уменьшения габаритов и веса были разработаны инверторы.

Однако напряжение в сварочном инверторе должно быть постоянным. В этих целях используется выпрямитель, представленный диодным мостом и конденсаторами, работающими на сглаживание выходного напряжения.

Принцип работы устройства

Принцип работы сварочного аппарата с инвертором основан на преобразовании токов высокой частоты до необходимой величины. Это и есть основное отличие от традиционного трансформаторного устройства.

В следствие того, что токи преобразуются непосредственно перед процедурой сварки, подобные устройства отличаются относительно малыми габаритами и весом.

Всем известно, в бытовой электросети величина напряжения составляет 220 вольт, а частота переменного тока – 50 Гц. Такие значения не подходят для проведения сварочных работ.

Важным моментом является возможность инверторной схемы обеспечивать указанные величины питания в широком диапазоне значений, что позволяет сваривать металлы в различных условиях.

Принцип работы инвертора для сварки.

Внутреннее устройство прибора предполагает наличие выпрямителя. Он запитывается от обычной бытовой электросети. Его главная задача: преобразование переменного тока в постоянный. Во время данного процесса напряжение не изменяется. Далее блок устройства выполняет обратное преобразование.

В результате указанных операций, частота тока значительно увеличивается. Вместо стандартного значения в 50, оно повышается до нескольких десятков тысяч герц. Такие большие величины достигаются благодаря использованию тиристоров и транзисторов.

В результате, на трансформатор поступает напряжение с высокой частотой. Далее происходит увеличение силы тока за счет снижения напряжения. Трансформаторы, позволяющие осуществить такой переход, отличаются незначительным весом и размерами.

В результате сварочные аппараты стали более мобильными. Такие устройства проще использовать в бытовых целях, например, в маленькой мастерской, на даче или даже дома.

Стоит отметить, что современные устройства отличаются высоким коэффициентом полезного действия, вплоть до 90 процентов.

Раньше данные приборы имели более простое устройство, очень близкое к описанному выше. Однако современные конструкции предусматривают наличие дополнительной электроники, повышающей функциональность инструмента.

Достаточно часто используются различные электронные узлы, на основе микропроцессоров. В результате осуществляется контроль напряжения и тока. Если их значения отклоняются от оптимальных, тогда они корректируются.

Таким образом, оборудование может функционировать без сбоев, а также повышается диапазон выбора параметров сварки.

Технические параметры

Итак, как работает инверторный сварочный аппарат – понятно. Данный принцип остается неизменным для всех типов таких устройств. Тем не менее на рынке доступно большое количество различных моделей, представленных как отечественным производителем, так и зарубежными компаниями.

Хотя принцип действия инверторных сварочных аппаратов остается неизменным, некоторые характеристики все же отличаются, а именно:

• величина сварочного тока может варьироваться в широком диапазоне значений: профессиональным устройствам свойственны широкие интервалы, а вот бытовым вариантам более узкие;
• продолжительность включения, показывающая длительность работы на выбранном токе без перерывов.
• холостой ход;
• напряжение электросети.

Таким образом, характеристики будут зависеть от параметров выходного выпрямителя, а также преобразователя частоты тока.

Еще к немаловажным критериям относится мощность прибора. В промышленных агрегатах она может быть очень высокой и достигать двадцати киловатт. Конечно же, использовать подобное оборудование в бытовых целях невозможно. Простая электросеть попросту не рассчитана на подобные нагрузки.

Характеристики сварочного инвертора.

Стоит понимать: стоимость инструмента будет зависеть от мощности. Чем она выше, тем больше придется заплатить.

Практически все современные типы подобных устройств способны осуществлять следующие виды сварки:

• полуавтоматическая в среде инертных или активных газов, так называемая MIG/MAG;
• ручная дуговая с применением электродов;
• аргонодуговая в среде защитного газа.

В случае использования устройств в последнем типе сварки, инверторы могут комплектоваться дополнительными функциями. К таким относится возможность постепенного снижения силы тока, бесконтактное зажигание дуги, сварка в импульсном режиме, регулировка длительности обдува поверхности газом и т.д.

Процесс сварки в ручном режиме становится более простым и комфортным из-за наличия функции форсажа дуги – ее розжига простым касанием поверхности соединяемых металлических частей конструкции.

Работа в среде инертных газов также может быть облегчена некоторыми дополнительными возможностями агрегата.

Среди них:

• «мягкий финиш» – автоматическое дожигание проволоки после окончания ее подачи;
• «синергетика» – автоматическое «подстраивание» параметров сварки под значения, заранее заданные мастером;
• «2/ такта» – возможность переключения подачи проволоки с автоматического режима на ручной и обратно;
• «индуктивность» – позволяет понизить количество разбрызгиваемого металла, а также контролировать ширину шва и стабильность дуги.

Плюсы и минусы инверторной сварки

Устройство инверторного сварочного аппарата обладает рядом несомненных преимуществ. Благодаря им данный тип оборудования получил широкое распространение как в промышленности, так и в домашнем использовании.

Как известно, все, что необходимо от сварщика – это плавное перемещение электрода над линией соединения без соприкосновения с поверхностью детали. Электрод должен находиться на расстоянии в несколько миллиметров от изделия.

На первый взгляд кажется, что подобная операция достаточно легка. На деле же этот простой процесс превращается в невероятно тяжелую процедуру. Это связано с особенностями работы в маске, в которую постоянно летят искры, не дающий контролировать процесс соединения с высокой точностью.

Применения простого трансформатора сопровождено некоторыми рисками, описанными ниже.

Таблица силы тока для сварки инвертором.

Так, например, касание электрода поверхности изделия приведет к короткому замыканию. Если подобное произойдет, то оторвать его будет достаточно тяжело. Придется приложить приличные усилия, в противном случае сработает теплозащита или, что еще хуже, загорится обмотка трансформатора.

Если же соприкосновения не происходит, но электрод находится достаточно близка к поверхности конструкции, процессор распознает такой сценарий действий и прекратит поступление выходного напряжения. Это позволит избежать перегрева трансформатора.

Технологические достоинства

Устройство и принцип работы сварочного инвертора обладает рядом преимуществ по сравнению со своими традиционными аналогами, работающими по трансформаторной схеме, а именно:

• достаточно большая мощность, соизмеримая с низкочастотными трансформаторами;
• маленький вес и габариты, позволяющие без труда перемещать оборудование по цеху, мастерской или дому;
• широкие возможности по настройке параметров сварки;
• низкий расход электродов;
• высокая эффективность;
• возможность осуществления сварочного процесс в различных пространственных положениях;
• совместимость с разными типами электродов.

В любом случае повышенный комфорт сварки и возможность выполнения более качественной работы по достоинству оценит любой сварщик.

Недостатки

Как показано выше, принцип работы сварочных инверторов обладает множеством положительных моментов. В таком случае возникает вопрос: почему же многие сварщики до сих пор используют традиционные трансформаторные приборы?

Параметры сварочных инверторов.

Главной причиной такого положения вещей является высокая стоимость оборудования. Инверторы минимум в два раза дороже. Данный факт относится к ключевым при ответе не поставленный вопрос.

Еще одним недостатком сварочного инвертора является высокий процент выхода устройств из строя. Достаточно лишь загрязниться электронике – и аппарат может сломаться.

В связи с отмеченной проблемой возникает необходимость в постоянной чистке «внутренностей» с применением сжатого воздуха.

Маленькие размеры инструмента также не относятся только к плюсам. Есть и обратная сторона медали. Наличие большого количества электронных систем ограничивает возможность работы с устройством на открытой местности во время дождя или при повышенной влажности.

Плохая погода может попросту поломать прибор, а ряд дешевых устройств и вовсе не будет функционировать при отрицательных температурах. Работа в пыльных условиях также сопряжена с риском поломки.

Со сваркой тоже не все так гладко, как может показаться на первый взгляд. В первую очередь это относится к резке толстого металла. Если напряжение на выходе сварочного аппарата будет нестабильным, что связано с перепадами в сети, характерными для сельской местности, то преобразующий узел выйдет из строя.

Подобные агрегаты сильно востребованы в сельской местности, где постоянно появляются задачи, связанные с соединением тех или иных металлических изделий.

Высокая мобильность позволяет без труда использовать их во дворе, перенося устройство с одного места на другое. Однако отсутствие сервисных центров станет большой проблемой в случае выхода аппарата из строя.

Итог

Принцип работы сварки с использованием инвертора вместо трансформатора обладает рядом достоинств. Благодаря им подобное оборудование широко применяется и в промышленности и бытовых условиях.

В данной статье достаточно детально рассмотрено устройство такого аппарата. Эта информация позволит не только разобраться с основами работы инвертора, но и поможет при выборе и покупке инверторной сварки.

Принцип работы и устройство сварочного инвертора

Чтобы правильно выбрать оборудование для выполнения сварочных работ, необходимо знать устройство конструкции и принцип работы сварочного инвертора. Если хорошо разбираться в таких вопросах, можно не только эффективно использовать, но и самостоятельно ремонтировать инверторные устройства.

Инверторные сварочные аппараты производства Италии

На современном рынке предлагается множество моделей инверторов, что позволяет мастерам подобрать оборудование в соответствии со своими потребностями и финансовыми возможностями. При желании сэкономить можно изготовить инверторный сварочный аппарат своими руками.

Как работает инверторный сварочный аппарат

Принцип действия инверторного аппарата во многом схож с работой импульсного блока питания. И в инверторе, и в импульсном блоке питания энергия трансформируется похожим образом.

Процесс преобразования электрической энергии в сварочном аппарате инверторного типа можно описать так.

• Переменный ток с напряжением 220 Вольт, протекающий в обычной электрической сети, преобразуется в постоянный.
• Полученный постоянный ток при помощи специального блока электрической схемы инвертора опять преобразуется в переменный, но обладающий очень высокой частотой.
• Понижается напряжение высокочастотного переменного тока, что значительно увеличивает его силу.
• Сформированный электрический ток, обладающий высокой частотой, значительной силой и низким напряжением, преобразуется в постоянный, на котором и выполняется сварка.

Принцип работы сварочного инвертора

Основным типом сварочных аппаратов, которые использовались ранее, были трансформаторные устройства, повышавшие сварочный ток за счет уменьшения значения напряжения.

Самыми серьезными недостатками такого оборудования, которое активно используется и сегодня, являются низкий КПД (так как в них большое количество потребляемой электрической энергии тратится на нагрев железа), большие габариты и вес.

Изобретение инверторов, в которых сила сварочного тока регулируется совершенно по иному принципу, позволило значительно уменьшить размеры сварочных аппаратов, а также снизить их вес. Эффективно регулировать сварочный ток в таких аппаратах становится возможным благодаря его высокой частоте. Чем выше частота тока, который формирует инвертор, тем меньшими могут быть габариты оборудования.

Однако, как известно, на транзисторы можно подавать только постоянный ток, в то время как в обычной электрической сети он переменный и имеет частоту 50 Гц.

Чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, в инверторных аппаратах устанавливают выпрямитель, собранный на основе диодного моста.

После транзисторного блока, в котором формируется переменный ток с высокой частотой, в сварочных инверторах расположен трансформатор, который понижает напряжение и, соответственно, увеличивает силу тока. Для регулировки напряжения и тока, имеющих высокую частоту, требуются менее габаритные трансформаторы (при этом по своей мощности они не уступают более крупным аналогам).

Сварочный инвертор без защитного кожуха

Элементы электрической схемы инверторных устройств

Устройство сварочного инвертора составляют следующие базовые элементы:

• выпрямитель переменного тока, поступающего из обычной электрической сети;
• инверторный блок, собранный на основе высокочастотных транзисторов (такой блок и является генератором высокочастотных импульсов);
• трансформатор, который понижает высокочастотное напряжение и увеличивает высокочастотный ток;
• выпрямитель переменного высокочастотного тока;
• рабочий шунт;
• электронный блок, отвечающий за управление инвертором.

Какими бы характеристиками ни обладала определенная модель инверторного аппарата, принцип его действия, основанный на использовании высокочастотного импульсного преобразователя, остается неизменным.

Пример принципиальной схемы инвертора (нажмите для увеличения)

Выпрямительный и инверторный блоки оборудования в процессе своей работы сильно нагреваются, поэтому их устанавливают на радиаторы, активно отводящие тепло. Кроме того, для защиты выпрямительного блока от перегрева используется специальный термодатчик, отключающий его электропитание при достижении им температуры 90 градусов.

Инверторный блок, являющийся, по сути, генератором высокочастотных импульсов большой мощности, собирается на основе транзисторов, соединяемых по типу «косого моста». Высокочастотные электрические импульсы, формирующиеся в таком генераторе, поступают на трансформатор, необходимый для того, чтобы понизить значение их напряжения.

Наиболее распространенными трансформаторами, используемыми для оснащения сварочных инверторов, являются устройства со следующими характеристиками: первичная обмотка – 100 витков провода марки ПЭВ (толщина 0,3 мм); 1-я вторичная обмотка – 15 витков из медной проволоки диаметром 1 мм; 2-я и 3-я вторичные обмотки – 20 витков медного провода диаметром 0,35 мм. Все обмотки тщательно изолируются друг от друга, а места их выхода защищаются и запаиваются.

Внутреннее устройство сварочного инвертора

На выходной выпрямитель сварочного инвертора поступает ток, обладающий высокой частотой. С преобразованием такого тока в постоянный простые диоды не справятся. Именно поэтому основу выпрямителя составляют мощные диоды, обладающие большой скоростью открывания и закрывания. Чтобы предотвратить перегревание диодного блока, его размещают на специальном радиаторе.

Обязательным элементом любого сварочного инвертора является резистор высокой мощности, обеспечивающий устройству мягкий пуск.

Необходимость использования такого резистора объясняется тем, что при включении питания на оборудование подается мощный электрический импульс, который может стать причиной выхода из строя диодов выпрямительного блока.

Чтобы этого не произошло, ток подается через резистор на электролитические конденсаторы, которые начинают заряжаться. При достижении конденсаторами полного заряда и перехода устройства в штатный режим работы замыкаются контакты электромагнитного реле и ток начинает поступать на диоды выпрямителя, уже минуя резистор.

Выходные дроссели на плате сварочного инвертора

Инверторы благодаря своим техническим характеристикам позволяют выполнять регулировку сварочного тока в широком диапазоне – от 30 до 200 А.

Работой всех элементов такого сварочного аппарата, отличающегося компактными габаритами, небольшим весом и высокой мощностью, управляет специальный ШИМ-контроллер.

На основе характеристик этих сигналов котроллер формирует корректирующие выходные сигналы, которые могут подаваться на диоды выпрямителя и транзисторы инверторного блока – генератора высокочастотных электрических импульсов.

Кроме основных, современные сварочные инверторы обладают еще целым перечнем полезных дополнительных опций.

К таким характеристикам, которые значительно облегчают работу с устройством и дают возможность получать качественные, надежные и красивые сварные соединения, следует отнести форсирование сварочной дуги (быстрый розжиг), антизалипание электрода, плавную регулировку сварочного тока, наличие системы защиты от возникающих перегрузок.

Монтажная плата с основными элементами инвертора

Целесообразность использования инверторов и их основные недостатки

Широкое применение сварочных инверторов объясняется целым рядом весомых преимуществ, которыми они обладают.

• Устройства данного типа отличаются высокой мощностью и производительностью.
• Сварной шов, формируемый с использованием инверторов, характеризуется высоким качеством и надежностью.
• Наряду с высокой мощностью, устройства данного типа отличаются компактными размерами и небольшим весом, что дает возможность легко переносить их в то место, где будут выполняться сварочные работы.
• Сварочные инверторы обладают большим КПД (порядка 90%), потребляемая электрическая энергия используется в них эффективнее, чем в трансформаторах.
• Благодаря высокому КПД такие аппараты отличаются экономичным расходованием потребляемой электроэнергии.
• В процессе выполнения сварочных работ с помощью инвертора расплавленный металл разбрызгивается незначительно, что отражается на более рациональном потреблении расходных материалов.
• Инверторы обеспечивают возможность плавной регулировки сварочного тока.
• Благодаря наличию в таких устройствах дополнительных опций уровень квалификации сварщика почти не влияет на качество выполнения работ.
• Широкая универсальность инверторов упраздняет вопрос о том, какой аппарат выбрать для выполнения сварки по различным технологиям.

Инверторные устройства выбирают в том случае, когда нужен аппарат, характеристики которого обеспечивают высокую стабильность горения сварочной дуги в любой ситуации. При использовании инверторов не возникает вопрос и о том, какой электрод выбрать для выполнения сварочных работ, так как с помощью этого оборудования можно варить металл электродами любого типа.

Конечно, недостатки у инверторов тоже есть, но их не так много. Сюда следует отнести достаточно высокую стоимость таких устройств, по сравнению с обычными сварочными трансформаторами. Дороги такие устройства и в ремонте, который чаще всего связан с необходимостью замены мощных транзисторов (их стоимость может составлять до 60% цены всего аппарата).

Очень чувствительны инверторы к негативным внешним факторам – пыли, грязи, осадкам и морозу. Если для работ в полевых условиях вам нужен именно инвертор, придется сооружать для него закрытую и отапливаемую площадку.