Импульсный сварочный аппарат принцип работы. Общие и частные принципы: как работает инверторный сварочный аппарат. Преимущества и недостатки сварочных инверторов

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.

Сам инверторный сварочный аппарат представляет не что иное, как довольно мощный блок питания. По принципу действия он очень схож с импульсными блоками питания, например, компьютерными блоками питания AT и ATX. Вы спросите: «Чем они похожи? Это ведь абсолютно разные устройства…». Схожесть заключается в принципе преобразования энергии.

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. За счёт увеличения рабочей частоты преобразования в 4 раза удаётся снизить габариты трансформатора в 2 раза. 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.

Внешний вид платы сварки TELWIN Force 165 с указанием расположения некоторых элементов схемы.

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. Через диодную сборку протекают большие токи и диоды, естественно, нагреваются. Для защиты диодного моста на радиаторе установлен термопредохранитель, который размыкается при превышении температуры радиатора выше 90С 0 . Это элемент защиты.

В выпрямителе применяются диодные сборки (диодный мост) типа GBPC3508 или аналогичный. Сборка GBPC3508 рассчитана на прямой ток (I 0 ) - 35А, обратное напряжение (V R ) - 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.

Его вторичная обмотка выполнена несколькими витками ленточного медного провода в изоляции. Сечение провода внушительное, да и не мудрено, ток в обмотке может достигать 130 ампер!

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 t rr < 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.

Через диод D9 напряжение питания поступает на интегральный стабилизатор LM7815A и теперь схема «запитывает» как бы сама себя. Вот такой вот хитрый «приём».

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.

Для удачного приобретения инверторной продукции необходимо знать устройство сварочного инвертора и принципы его работы, чтобы в случае поломки можно было его отремонтировать, поскольку сегодня очень востребованы и доступны по стоимости аппараты для сварки инверторного типа. Приобрести их можно в магазине или же изготовить самостоятельно.

Принцип действия сварочного инвертора

Сам сварочный инвертор — это своеобразный блок питания с большой мощностью. Принцип его работы схож с импульсными блоками питания. Сходство заключается в особенностях трансформирования энергии, а именно в следующих шагах.

Шаги преобразования энергии в аппарате для сварки:

выпрямление переменного тока сети 220 вольт;
преобразование постоянного тока в высокочастотный переменный;
снижение напряжения высокой частоты;
выходное выпрямление пониженного тока.

Раньше основой сварочного устройства был силовой высокомощный трансформатор. Уменьшая переменный ток сети, он давал возможность получать нужные для сварки высокие токи благодаря вторичной обмотке. Трансформаторы, работающие на обычной частоте сети переменного тока 50 Гц, очень объемные по размерам и много весят.

Поэтому, чтобы избавиться от этого недостатка, был придуман сварочный инвертор. Его размеры удалось уменьшить благодаря увеличению частоты для его работы до 80 и более кГц. Чем больше рабочая частота, тем меньше габариты устройства. Масса, соответственно, тоже меньше. А это экономия на материалах для его производства.

Откуда взять эти частоты при показателе 50 Гц в сети? Для этих целей придумана инверторная схема, которая складывается из транзисторов высокой мощности, переключаемых с частотой от 60 до 80 кГц. Но для того чтобы они функционировали, им нужно подавать постоянный ток. Его можно получить при помощи выпрямителя, состоящего из диодного моста, а также фильтров для сглаживания. В конечном результате выходит постоянный ток 220 вольт. Инверторные транзисторы подсоединены к трансформатору, понижающему напряжение.

Поскольку переключение транзисторов происходит при высокой частоте, то и трансформатор работает на такой же. Для работы на высокочастотных токах нужны менее объемные трансформаторы. Получается, что размеры инвертора небольшие, а рабочая мощность не меньше, чем у его громоздкого предшественника, работающего с частотой 50 Гц.

Вследствие необходимости преобразования устройства появился ряд дополнительных деталей для его бесперебойной работы. Познакомимся с ними поближе.

Вернуться к оглавлению

Особенности устройства сварочного инвертора

Чтобы уменьшить размеры и вес, устройства для сварки собирают по инверторной схеме.

Базовая схема сборки:

низкочастотный выпрямитель;
инвертор;
трансформатор;
высокочастотный выпрямитель;
рабочий шунт;
электронный блок управления.

Каждая модель инвертора имеет свои особенности, но все они основаны на применении высокочастотных импульсных преобразователей. Как писалось ранее, переменный ток 220В с помощью мощного диодного моста выпрямляется и сглаживается конденсаторами.

На конденсаторах для фильтрации сила тока будет в 1,41 раза больше, чем на выходе из диодов для выпрямления. То есть при напряжении в 220 вольт на диодном мосту на конденсаторах получим 310 вольт постоянного тока. В сети сила тока может меняться, следовательно, конденсаторы рассчитаны на рабочую область с запасом (400 вольт). Обычно используются диоды Д161 или В200. Диодная сборка GBPC3508 работает при прямом токе 35 А. Через диоды проходит высокое напряжение, и они нагреваются. Поэтому их устанавливают на радиатор для охлаждения. В качестве элемента защиты на радиатор прикреплен температурный предохранитель. Он размыкается, если температура повышается до +90°С.

Конденсаторы устанавливают разного объема, в зависимости от модификации устройства. Емкость их может достигать размера 680 мкф.

Постоянный ток с выпрямителя и фильтра поступает на инвертор. Он собирается по схеме «косого моста» и складывается из двух ключевых транзисторов большой мощности. В аппарате для сварки основными транзисторами могут быть IGBT или высоковольтные MOSFET. Эти составляющие крепятся на радиатор, чтобы отводить лишнее тепло.

В сварочном аппарате должен еще быть качественный высокочастотный трансформатор, который является источником для понижения напряжения. В инверторе он весит в разы меньше, чем силовой трансформатор в сварочном аппарате. Первичная обмотка состоит из 100 витков ПЭВ толщиной 0,3 мм. Вторичные обмотки: 15 витков медной проволоки 1 мм, 2 обмотки по 20 витков с сечением 0,35 мм. Намотки первичной и вторичных обмоток должны совпадать. Все обмотки должны быть изолированы с помощью лакоткани или фторопластовой ленты для улучшения проводимости. Выходы всех обмоток на месте скрепления защищают и запаивают.

Кроме основных компонентов инвертора есть еще режим антиприлипания электрода, плавная регулировка сварочного тока, защитная система от перегрузок.

Специалист с легкостью может настроить необходимый сварочный ток и регулировать его во время сварочных работ. Диапазон тока достаточно широк — 30-200 А.

Выходной выпрямитель состоит из мощных двойных диодов и одного общего катода. Их особенность в высокой скорости действия. Поскольку их задача — выпрямлять высокочастотный переменный ток, то простые диоды с этим не справятся. У них скорость закрытия и открытия слишком мала, а это повлекло бы перегревание и быструю поломку. При поломке выходных диодов их нужно менять именно на быстродействующие. Они, как и обычные, монтируются на радиатор.

Во время включения сварочного инвертора идет заряд на электролитические конденсаторы. Сила этого тока сначала очень большая и может спровоцировать перегревание и поломку выпрямительных диодов. Чтобы этого избежать, используется схема «мягкого пуска». Главный компонент ее — резистор мощностью 8 Вт. Как раз он является ограничителем силы тока во время запуска аппарата.

После окончания зарядов конденсаторов и начала штатной работы устройства контакты электромагнитного поля замыкаются. Дальше резистор не принимает участия в работе, ток курсирует через реле.

Один из способов создания неразъемных соединений из металла – это электродуговая сварка. В течение множества лет для выполнения этой операции применяли генераторы трансформаторного типа. Главный их недостаток – габаритно-весовые характеристики. Например, агрегат марки ВД 306 весит порядка 150 кг.
С развитием полупроводникового оборудования и появление таких элементов, как тиристоры привело к созданию устройств, которые обладают всеми характеристиками, как и трансформаторы, но весят в разы меньше, всего несколько килограмм, например, Ресанта САИ 250 весит всего 5 кг, — сварочного инвертора или инверторного сварочного аппарата.

Устройство и основные характеристики инверторов

Инверторные устройства имеют совершенно другую электрическую схему, основанную на использовании полупроводниковых приборов диодов, тиристоров, транзисторов.

Принцип работы инвертора

Как уже отмечалось, инверторы вошли в практику сварных работ не так давно, на исходе ХХ столетия. В основе работы аппаратов этого типа лежит принцип сдвига напряжения. Такое решение позволяет поднять силу и частоту тока. Надо отметить, что устройство инвертора, применяемого для работ – содержит довольно сложную схему, внутри которой реализуются нижеприведенные процессы:

Переменный ток, подаваемый на инвертор, преобразуют в постоянный. Изменение параметров тока происходит в устройстве, который собирают с применением диодного моста.
Полученный ток передается на инвертор, который играет роль генератора высокочастотных импульсов. В транзисторном блоке, происходит обратное преобразование постоянного тока в переменный. Но получаемый ток, обладает существенно большей частотой, чем тот, который поступает из сети питания.
Ток высокой частоты поступает на трансформатор. Это устройство снижает напряжение и одновременно повышает силу тока. Так как трансформатор, который используют для работы с токами высокой частоты, имеет небольшие габариты, все это сказывается на габаритно-весовых характеристиках инвертора.
После прохождения трансформатора, переменный ток, с новыми параметрами поступает на выпрямитель, где он снова трансформируется в постоянный, который и используют для сварки.

Надо отметить, что инверторные устройства, в отличие от устройств трансформаторного типа потребляет в два раза меньшее количество энергии. Кроме этого, параметры тока, который поступает из устройства, гарантируют то, что сварочная дуга будет иметь стабильный розжиг и горение во время сварки.

Технические параметры устройств

Сварочные инверторы имеют ряд определенных характеристик, по которым можно судить о его технологических свойствах. К ним относят следующие параметры:

Вид тока, который формируется на выходе из выпрямителя.
Размер напряжения, которое используется для электроснабжения. Производители выпускают изделия, которые работают от 380 и от 220 в. Первые применяют для профессиональной сварки, вторые для работы в домашних условиях.
Размер тока, этот параметр оказывает прямое влияние на размер электрода, который будет использоваться для выполнения сварки.

Мощность агрегата, этот параметр дает информацию о том, ток, какой силы будет формировать сварочную дугу.
Напряжение на холостом ходу, этот параметр показывает, как быстро будет получена сварочная дуга.
Диапазон размеров электродов, которые будут использованы для производства сварки.
Габаритно-весовые характеристики инверторного сварочного аппарата и размер сварочного тока на выходе. Чем ниже последний показатель, тем меньше аппарат, но и соответственно такое устройство обладает меньшими эксплуатационными характеристиками.

Плюсы и минусы инверторной сварки

Инверторные устройства показывают КПД в пределах 85 – 95%, надо сказать, что это высокий показатель среди электронной аппаратуры. Используемая схема позволяет выполнять регулировку уровня сварочного тока от нескольких ампер, до сотен, а то и тысяч.

Например, инвертор марки ММА, он составляет 20 – 220 А. Инверторы могут работать длительное время. Управление источником питания можно выполнять дистанционно. К несомненным преимуществам инверторов можно отнести их малые габаритно-весовые характеристики, позволяющие перемещать устройство на месте выполнения сварки. В конструкции аппаратов использована двойная изоляция, обеспечивающая электрическую безопасность.

Технологические достоинства

Применение инверторов позволяет использовать электроды любой марки, которые работают и с постоянным и переменным током. Устройства этого типа могут быть использованы для сварки с неплавящимся электродом в среде защитного газа. Кроме того, конструкция этого оборудования позволяет легко автоматизировать сварочные процессы.

В управлении современными сварочными инверторами применяют микропроцессоры, и это обеспечивает стабильную связь между напряжением, током.

Минусы, которым обладают инверторы

Инверторы ремонтировать несколько сложнее, чем традиционные трансформаторные агрегаты. Если из строя выйдут некоторые элементы управления, размещенные на плате, то ремонт может встать примерно в треть от стоимости нового сварочного инвертора.

Инверторы, в отличие от оборудованиях других типов, очень боится пыли. То есть такие аппараты должны чаще обслуживаться. Работа инверторным сварочным аппаратом ограничена и низкими температурами. Кроме того, существуют некоторые ограничения на хранение инвертора при минусовых температурах. Это чревато образованием конденсата, который может привести к короткому замыканию на плате.

Как выбрать сварочный аппарат для дома и дачи на 220 В

При подборе сварочного оборудования потребитель должен определиться для решения, каких задач он будет необходим.

Если он будет использоваться для ремонта кузовных деталей, то у него должны быть одни параметры, а если для работы по изготовлению металлоконструкций то другими. Но в любом случае, устройства должны отвечать ряду требований, в частности, в домашнем аппарате должны быть реализованы такие функции, как горячий старт, антизалипание и некоторые другие. Именно этим инверторы отличаются от традиционных аппаратов.

В конструкции аппарата этого типа должен быть установлен вентилятор. Кроме того, схема должны быть защищена от скачков напряжения в питающей сети. В принципе устройство, обладающее такими параметрами, могут работать и в условиях домашней мастерской, и в условиях промышленного производства.

Какой сварочный аппарат лучше

Выбор аппарата – это по большей части дело сугубо индивидуальное. И каждый выбирает аппарат по своим потребностям, но, можно сказать, что устройства с диапазоном сварочного тока в пределах 200 – 250 А, позволяет выполнять самые сложны работы и обрабатывать детали разной толщины.

Классификация инверторов

Сварочные инверторы можно классифицировать по размеру сварочного тока. Производители выпускают три типа устройств:

100-160 А – маломощные;
160-200 А — средние;
200-250 А — мощные.

Существует зависимость, между размером силы тока и габаритами аппарата. При выборе аппарата для использования в домашних условиях следует руководствоваться теми задачами, которые предстоит им решать.

Самые слабые аппараты можно отнести к устройствам самого низкого уровня, многие их используют для получения навыков работы. Аппараты, которые относят к среднему классу относят к самым популярным и позволяют выполнять самые разнообразные работы начиная от сборки забора и изготовления довольно сложных металлоконструкций. Самые мощные аппараты по большей части применяют в производственных целях. Их применяют для работы с металлопрокатом большой толщины.

Большая часть инверторов предназначена для работы с электродами, покрытыми обмазкой. Но их можно использовать и для работы со сварочной проволокой. Для этого, на устройство устанавливают приспособление которое подает проволоку в сварочную зону. Проволока подается через сварочный пистолет, через него же подается и газовая смесь, защищающая рабочую зону от воздействия атмосферного воздуха.

Дополнительные функции в инверторах

В современных инверторных устройствах реализованы некоторые опции, которые заметно облегчают работу сварщика:

Горячий старт – зачастую у начинающих сварщиков, да и не только у них, возникают сложности с розжигом и поддержанием дуги в рабочем состоянии. В момент розжига, ток вырастает до необходимого уровня и сразу после розжига возвращается к рабочим параметрам. Процесс изменения тока происходит полностью автоматически, без участия сварщика.
Еще одна проблема, которая преследует новичков – залипание электрода. Причин тому несколько, но решение у нее одно – снижение уровня сварочного тока. Эта операция так же выполняется автоматически.

Форсаж дуги позволяет выполнять швы в разных пространственных положениях.
Снижение напряжения холостого хода до безопасного для рабочего и его окружающих людей уровня.

Определяемся с характеристиками

Как и любое техническое оборудование, сварочные инверторы обладают рядом технических параметров, которые определяют их возможности.

Сварочный ток

Инверторные сварочные аппараты обеспечивают генерацию сварочного тока в диапазонах от 100 до 250 А.

Напряжение холостого хода

После преобразования тока, подаваемого из электрической сети в 220 В, на выходе из аппарата получается ток с напряжением в 50 – 90 В и рабочей частотой в 20 – 50 кГц. Для розжига дуги необходимо использовать максимальное напряжение, но оно создает угрозу безопасности сварщика и окружающих людей. Поэтому после окончания работы, напряжение падает до безопасного уровня.

Режим работы на максимальном токе

Важный показатель работы любого сварочного аппарата это показатель длительности работы. Его могут называть ПН или ПВ. Этот показатель говорит о том, какое количество времени будет работать аппарат при десятиминутном сварочном цикле, до отключения.

Другими словами, если ПВ составляет 50% — это значит что время эффективной работы, составит 5 минут, если показатель составляет 70%, то время составит 7 минут. Этот показатель должен быть отражен в технической документации, входящей в состав поставки сварочного аппарата.

Инвертор, предназначенный для сварки – это сложное инженерное устройство, которое оснащено множеством уровней защиты.

Аппаратура этого класса показывает стабильность в работе и между тем требует к себе бережного отношения и своевременного обслуживания.

Перед приобретением аппарата целесообразно тщательно изучить руководство по эксплуатации.

При работе с инвертором необходимо соблюдать несколько простых правил безопасности:

Все токопроводящие рукава не должны иметь повреждений, клеммы для подключения должны надежно фиксироваться в аппарате.
Если в конструкции аппарата предусмотрен вентилятор и во время включения он не вращается, эксплуатация такого устройства недопустима.
При работе с аппаратом необходимо использовать средства индивидуальной защиты.

Традиционный сварочный аппарат, в состав которого входит в обязательном порядке громоздкий трансформатор, в последнее время активно вытесняется инверторами. Чтобы понять, как работает сварочный инвертор, необходимо разобраться с его конструкцией, принципом действия, эксплуатационными особенностями, что определяет достоинства и выявляет минусы данного устройства.

Инверторный сварочный аппарат используется для сварки различных деталей из металла.

Общие принципы работы инвертора

В отличие от более привычных сварочных трансформаторов, в этом устройстве преобразование электрического напряжения в сварной ток происходит в несколько этапов: посредством маломощного трансформатора, по габаритам почти соизмеримого с пачкой сигарет, и электронной схемы. Также инверторный аппарат имеет систему (блок) управления, которая значительно облегчает процесс сваривания и позволяет формировать качественный шов. Как же работает инверторный сварочный аппарат?

Сначала входной ток в 220 В частотой 50 А проходит через выпрямитель сварочного аппарата, преобразуется в постоянный и попутно сглаживается фильтрами (обычно в виде электролитических конденсаторов). Полученное постоянное напряжение посредством модулятора, собранного на полупроводниках, преобразуется опять в переменное, но уже с более высокой частотой (до 100 кГц). Далее производится выпрямление и понижение напряжения до значения, нужного для сваривания металла.

Использование высокочастотного преобразователя позволило применить трансформатор относительно небольших размеров, в результате чего габариты и масса инверторного аппарата значительно уменьшились. Например, чтобы получить в инверторе сварочный ток в 160 ампер, понадобится трансформатор весом примерно в 0,25 кг: чтобы достичь аналогичного результата на традиционном сварочном агрегате, придется использовать трансформатор весом не менее 18 кг. При работе инверторного сварочного аппарата важную роль играет электроника: она осуществляет обратную связь с электрической дугой, что позволяет жестко регулировать и поддерживать на нужном уровне ее параметры. Их малейшее отклонение тут же «пресекается» микропроцессорами. Все эти «дополнения» гарантируют стабильную дугу, которая гарантирует высокое качество работ при использовании сварочного аппарата инверторного типа.

Вернуться к оглавлению

Как работает основная электронная схема?

В сетевом выпрямителе электрический ток (220 В) выпрямляется при помощи сильного диодного моста (обычно это диодная сборка), сглаживание пульсаций переменного тока производится за счет электролитических конденсаторов. Т.к. диодный мост при работе сильно нагревается, то его устанавливают на охлаждающие радиаторы. Плюс имеется термопредохранитель, срабатывающий при нагреве диодов более +90°С и защищающий недешевую диодную сборку. Рядом с выпрямительным мостом выделяются своими габаритами электролитические конденсаторы (круглые «бочонки»), емкость которых колеблется в пределах 140-800 мкФ. Дополнительно в сварочный аппарат ставят фильтр, который не допускает возникновения радиопомех.

В схему самого инвертора входят 2 мощных транзистора (чаще MOSFET или IGBT), также устанавливаемые на радиаторы. Эти полупроводники коммутируют ток, проходящий через импульсный трансформатор: при этом частота переключений достигает десятков кГц. В итоге формируется переменный ток большой частоты. Чтобы защитить дорогие транзисторы от выбросов напряжения, применяют защитные цепи, включающие в себя резисторы и конденсаторы небольшой емкости. После того как транзисторы свое «отработали», со вторичной обмотки понижающего трансформатора снимается меньшее напряжение (до 70 В), но ток при этом может быть равен 130-140 и выше ампер.

Чтобы на выходе получить постоянное напряжение, используется надежный выходной выпрямитель. Обычно это устройство собирают на основе сдвоенных диодов, имеющих общий катод. Эти приборы отличаются максимальным быстродействием, т.е. быстро открываются и закрываются, при этом время восстановления не превышает 50 наносекунд. Последнее качество очень важно, т.к. эти диоды выпрямляют ток очень высокой частоты: обычные полупроводники с подобной задачей не справились бы, они не успевали бы переключаться. Поэтому при ремонте важно заменять эти диоды на такие же высокочастотные (наиболее распространены приборы типа VS 60CPH03, STTH6003CW, FFH30US30DN), которые должны быть рассчитаны на обратное напряжение 300 В и ток 30 А.

Вернуться к оглавлению

Работа платы управления

Для питания элементов платы применяется стабилизатор напряжения, рассчитанный на 15 В и установленный на теплоотводящий радиатор. Напряжение питания поступает из основного выпрямителя. Одна из функций стабилизатора питания — подача напряжения на реле, обеспечивающее «плавный пуск» устройства. При подаче напряжения начинают заряжаться конденсаторы: при этом напряжение возрастает и, чтобы защитить диодную сборку, применяется схема ограничения, в которую входит мощный (на 8 Вт) резистор. Как только конденсаторы зарядятся, инвертор заработает, реле замкнет свои контакты, и резистор в дальнейшей работе участвовать не будет.

Помимо стабилизатора напряжения, в электронной схеме инвертора есть множество других систем, обеспечивающих высокие эксплуатационные качества устройства. Основными из этих электронных блоков является:

Система управления и драйверы: здесь главный элемент — микросхема ШИМ-контроллера, которая «занимается» управлением работы мощных транзисторов;
Регулировочные и контрольные цепи: основной элемент — трансформатор тока, чья задача заключается в контролировании силы тока выходного трансформатора;
Система контроля напряжения питающей сети и тока на выходе: состоит из ОУ (операционного усилителя), собранного на микросхеме (например, LM324). Назначение системы — при необходимости включать аварийную защиту, отслеживать работу и исправность основных элементов электронного блока.

Традиционные сварочные агрегаты, в конструкцию которых обязательно включены довольно громоздкие трансформаторы, сегодня энергично вытесняют инверторы для сварки. Чтобы понять работу сварочного инвертора, работающего от напряжения 140 вольт, нужно разобраться из каких элементов он состоит, по какой схеме он работает, его функциональные особенности, выявить плюсы и минусы инструмента.

Инвертор - современный инструмент, предназначенный для сварочных работ. Приборы данного типа интенсивно вытесняют из автомобильных мастерских, гаражей сварочные приборы, оснащенные трансформаторами, генераторы, выпрямители.

Принцип действия такого аппарата аналогично любому другому сварочному оборудованию основывается на выработке максимальной силы тока, необходимого для возбуждения дуги, дальнейшей ее стабильной работы. Как правило, дуга формируется между электродом и свариваемыми металлическими заготовками. В результате этого процесса металл расплавляется и заполняет пустоты между соединяемыми деталями, формируется очень прочный сварной шов, ничем не отличающийся от монолитных изделий. В традиционных сварочных агрегатах мощный ток вырабатывал стандартный трансформатор, в инверторном оборудовании сила тока увеличивается по иной технологии.

Общий принцип работы инверторных устройств

Преобразование тока в инверторных сварочниках в отличие трансформаторных происходит в несколько стадий с помощью трансформатора небольшой мощности, размеры которого практически не превышают пачку сигарет, и электронной схемы.

Для инверторного оборудования дополнительно предусмотрена система управления, благодаря которой с инструментом намного проще работать, а сварочный шов получается достаточно высокого качества.

Преобразование сетевого напряжения происходит следующим образом:

Первостепенно входной ток с параметрами – 220В, 50А пропускается через выпрямитель прибора, реформируется в постоянный, одновременно сглаживается фильтрами.
Постоянное напряжение, полученное при помощи модулятора, снова преобразуется в переменное напряжение, но его частота уже составляет практически 100 кГц.
Следующий шаг – выпрямление, понижение напряжения до необходимого значения для выполнения сварочных работ.

Применение высокочастотного преобразователя предоставило возможность использовать мини-трансформаторы. Благодаря этому инверторы значительно компактнее и имеют малый вес. К примеру, для того, чтоб инвертор выдавал сварочный ток 160А, будет достаточно трансформатора весом 250 гр. Для сравнения: для традиционной сварки, чтобы получить аналогичный сварочный ток, понадобится трансформатор весом 18 кг.

Электроника в процессе эксплуатации инверторных аппаратов имеет большое значение. Она необходима для обратной связи с электродугой. Это дает возможность четко поддерживать ее параметры на необходимом уровне. Микропроцессоры мгновенно предупреждают самые незначительные отклонения. В результате стабильность работы дуги гарантирована!

Как работает сварочный инвертор?

Преобразование в инверторе электроэнергии осуществляется следующим образом:

Переменный ток от сети 220В преобразуется в постоянный.
Далее ток постоянный снова реформируется в переменный ток посредством электрической схемы аппарата, но уже с достаточно большей частотой.
Высокочастотное напряжение понижается, увеличивается сила тока.
Полученный ток высокой частоты, пониженным напряжением, высокой силы реформируется в постоянный ток, который непосредственно используется для выполнения сварочных работ.

Изобретение современного инверторного оборудования предоставило возможность существенно снизить массу, размеры сварки. В аппаратах данного типа намного эффективнее производится регулировка сварочного тока. Габариты оборудования зависят от частоты тока. Чем она выше, тем размеры инвертора меньше.

Главная задача любого инверторного агрегата – повышение частоты сетевого электротока. Возможно это из-за применения транзисторов, переключающихся при частоте 60-80 Гц. Но, как правило, на транзисторы подается лишь постоянный ток, а в стандартной электросети переменный с частотой 50 Гц. Для того чтоб сделать переменный ток постоянным, инверторы оснащены специальными выпрямителями, сделанными на основании диодного моста.

В сварочниках данного типа после транзисторного блока, формирующего переменный ток повышенной частоты, размещается трансформатор, уменьшающий напряжение, повышающий силу тока. Для регулирования высокочастотного тока, напряжения используются компактные мини трансформаторы, не уступающие по мощности своим громоздким аналогам.

Преимущества

Небольшая потребляемая мощность . Для стандартного трансформатора при использовании электродов диаметром 3 мм потребуется мощность электросети порядки 8 кВт, а для инвертора необходимо не более 3 кВт при работе четырехмиллиметровыми электродами. На холостом ходу сварка инверторного типа также потребляет гораздо меньше электрической энергии.
Высокий КПД . Минимальные затраты на электромагнитную индукцию, формирующуюся в сварочных трансформаторах стандартного типа, предоставляет возможность достигать КПД инверторного оборудования больше 90 процентов. Энергия, потребляемая сваркой, практически в полном объеме уходит на электрическую дугу.
Малая масса, небольшие размеры . Как говорилось выше, применение для преобразования тока высокой частоты предоставило возможность существенно уменьшить размеры трансформатора, предназначенного для снижения напряжения.
При выполнении сварочных работ разбрызгивание расплавленного металла минимальное . Это особенно заметно при работе электродами небольшого диаметра. В данном случае дуга зажигается и работает достаточно мягко, в результате практически не образуется шлак, а сварочный шов получается высокого качества.
Плавная настройка параметров тока сварки . При эксплуатации сварочного инвертора, работающего от напряжения 140 вольт, уменьшить ток можно до 10A, а сваривание металлических образцов осуществлять электродами Ø1,6мм.
Улучшенные показатели дуги . Благодаря постоянному контролю, корректировке параметров дуги сварки, ее показатели значительно улучшились.
Возможность сваривания заготовок из нержавеющей стали, цветных металлов . При использовании специальных электродов инверторами можно сваривать детали из меди, нержавейки. А неплавящимися электродами можно варить алюминиевые образцы в газовой защитной среде.
Применение электродов разного типа . Плавная регулировка рабочих параметров агрегата предоставляет возможность применять электроды любого типа в зависимости от свариваемого металла. Также можно менять полярность тока.
Удобство, простота эксплуатации . Благодаря дополнительным функциям, к примеру, горячий старт, антизалипание при помощи инверторного оборудования качественно выполнять работы могут даже молодые неопытные сварщики.

Недостатки

Сложность конструкции . Использование для инверторного оборудования полупроводниковой электроники делает его менее надежным.
Высока цена . По сравнению с традиционной трансформаторной сваркой инверторы стоят намного дороже.
Чувствительность к строительной пыли . Инструмент достаточно чувствителен к строительной пыли, предполагает периодическую очистку в процессе работы на достаточно запыленных строительных участках.
Необходимость контроля нарушений контактов . Из-за плохих контактов происходит искрение, способное формировать в выходных цепях неконтролируемые автоматикой токовые скачки.
Негативное влияние температурных колебаний . Инверторным сварочным аппаратом не рекомендуется пользоваться сразу после резких скачков температуры. Если инструмент находился зимой в не отапливаемом помещении и его занесли для проведения сварочных работ в достаточно теплое помещение, то его не стоит включать на протяжении нескольких часов, так как существует большая вероятность выпадения конденсата. Поэтому перед началом работы нужно дать испариться влаге с электронных плат оборудования.

Итог

Несмотря на эти незначительные недостатки, при правильной эксплуатации, соблюдении правил безопасности инструмент характеризуется довольно продолжительным сроком службы.