Достоинства, недостатки и принцип работы сварочного инвертора. Инвертор сварочный – принцип работы Схема работы сварочного инвертора

Каково устройство сварочного инвертора и что это за оборудование? В наше время без сварочных работ никуда. Сварка применяется везде: в строительных, ремонтных и монтажных работах, при ремонте автомобилей и во многих других областях жизни. Сварочный аппарат сейчас имеют не только профессиональные сварщики, но и любители и просто хозяйственные люди. А появление сварочных аппаратов инверторного типа упростило жизнь всем, кто каким-либо образом связан с этим ремеслом. Однако первое время многие с опаской относились к такому оборудованию, потому что устройство сварочного инвертора для них казалось сложным и ненадежным. Но за годы успешной эксплуатации эти аппараты показали себя только с лучшей стороны.

Преимущества инверторных сварочных аппаратов

По сравнению с обычными трансформаторными сварочными аппаратами, у инверторов есть определенные преимущества:

малый вес;
простота в работе;
универсальность;
надежность;
возможность использования в быту и даже в квартире.

Благодаря таким качествам сварочные аппараты инверторного типа приобрели большую популярность. Они очень удобны при выполнении монтажных работ, так как имеют маленькие габариты и весят в основном около 5-6 килограммов. Такой аппарат можно повесить на плечо и выполнять сварку, стоя на лестнице или лесах, без каких-либо проблем. Инвертор отлично подойдет для начинающих сварщиков, потому что электронная составляющая максимально упрощает и сглаживает розжиг и горение дуги. Даже самые качественные трансформаторные аппараты не сравнятся с инверторными по этим показателям.

На выходе подается постоянный ток, что позволяет варить не только черный металл, но и цветные металлы, такие как нержавейка или алюминий.

Наличие постоянного тока позволяет даже использовать специальную горелку для сварки в среде инертного газа. Легкий и высокоточный инверторный сварочный аппарат создает минимальную нагрузку на электрическую сеть. Поэтому его можно подключать даже к обычной бытовой розетке. Большинство из этих сильных сторон обусловлены тем, как устроен инверторный сварочный аппарат.

Вернуться к оглавлению

Секреты устройства инверторных сварочных аппаратов

Традиционные сварочные трансформаторы работали на основе явления электромагнитной индукции. Высокая сила тока возникала за счет изменения напряжения в катушках трансформатора. При этом потери тока были значительными, а коэффициент полезного действия — низким. Такие аппараты очень чувствительны к перепадам напряжения в сети, и поэтому плавность горения дуги была не на высшем уровне. Инверторный сварочный аппарат работает по другим принципам. Здесь входной переменный электрический ток низкой частоты (50 Герц) преобразуется сначала в ток высокой частоты (несколько тысяч Герц).

Для изменения напряжения и силы такого тока требуется уже значительно меньший трансформатор. После того как ток обретает необходимую силу, он выпрямляется и подается на клеммы. Все эти процессы происходят под управлением микропроцессора. Он отслеживает такие данные, как входное напряжение, сила тока на выходе и температура трансформатора и платы. Работа устройства постоянно подстраивается под все эти параметры.Наличие такой тонкой электроники позволяет сделать работу аппарата более плавной и экономной, а сила тока все время поддерживается на заданном уровне.

Современные сварочные инверторные аппараты оснащаются несколькими системами для удобства работы. Например, в момент, когда зажигается дуга, часто можно наблюдать, что электрод прилипает к поверхности металла. Это происходит из-за малой силы тока. Дело в том, что в момент розжига дуги сила тока должна быть несколько выше, чем во время ее горения. В трансформаторных аппаратах эту проблему можно было решить, изменив напряжение и увеличив силу тока, что при сварке часто приводило к прожиганию металла. Сейчас же инверторные аппараты оснащаются функцией антизалипания электрода.

Микропроцессор увеличивает силу тока на доли секунды для того, чтоб зажечь дугу. После этого ток возвращается на заданный уровень. В случае если электрод по каким-то причинам все-таки начинает прилипать к металлу, электроника значительно снижает ток, чтобы электрод не приклеился к металлу и его было легко отцепить. Особенно приятны эти функции будут начинающим мастерам, у которых могут возникать проблемы со сваркой. Все инверторные аппараты оснащаются тепловой защитой, которая спасает электронику от перегрева. Так что если после длительной работы в жаркую погоду аппарат самостоятельно выключился — не пугайтесь, а просто дайте ему 15 минут, чтобы остыть, и он продолжит работать дальше.

Вернуться к оглавлению

Несколько нюансов при эксплуатации

Мы все привыкли к тому, что электроника чаще всего очень нежная и требует к себе бережного отношения. Именно поэтому многие стараются избегать работы с инверторными сварочными аппаратами. А напрасно. Защита от перегрева никогда не позволит вам спалить обмотки трансформатора или плату. Все аппараты оснащаются защитой от скачков напряжения в сети, поэтому за это тоже можно не переживать. Однако есть все-таки несколько врагов у инверторных аппаратов. Первый из них — пыль. Она скапливается на элементах платы и становится накопителем и источником статического электричества. Впоследствии это может привести к короткому замыканию и выходу из строя отдельных элементов микросхемы.

Усугубляется это порой тем, что вентилятор, который используется для охлаждения, может втягивать пыль внутрь корпуса. Для того чтобы избежать проблем, связанных с пылью, старайтесь раз в год разбирать корпус сварочного аппарата и вычищать оттуда всю пыль. А если работы ведутся на стройке или в других местах с повышенным запылением, то делать это нужно даже чаще.

Второй враг — это влага. Прежде всего стоит обратить внимание на место хранения аппарата: оно должно быть сухим. А о том, чтобы варить под дождем, и речи быть не может: это запрещено техникой безопасности.

Сегодня можно встретить самые разные инверторные сварочные аппараты. Для бытового использования можно приобрести аппарат попроще, без лишних функций и невысокой мощности: в быту вы не будете пользоваться электродами толщиной 5 мм, и даже «четверка» редко понадобится.

Следовательно, и сила тока в 250-300 ампер вам не понадобится. Для промышленных же целей, конечно, лучше взять аппарат мощнее, оборудованный несколькими уровнями защиты и дополнительными функциями.

В любом случае инверторный сварочный аппарат намного практичнее и экономичнее любого трансформаторного, а надежность его уже не вызывает сомнений.

Если следовать нескольким простым советам, эксплуатация инверторного сварочного аппарата принесет вам только положительные эмоции, и вы не пожалеете о его приобретении.

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.

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.

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 .

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 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.

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.

Одна из основных задач, которую решает любой инвертор, – это увеличение частоты стандартного электрического тока. Возможно это благодаря использованию транзисторов, которые переключаются с частотой 60–80 Гц. 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 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).

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.

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.

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.

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. Электрические сигналы поступают на контроллер от операционного усилителя, питающегося выходным током самого инвертора. 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.

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.

Сварочным инвертором принято называть блок питания сварочного аппарата, оснащённый инвертором. Сам по себе инвертор – это устройство, преобразующее постоянное напряжение в высокочастотное переменное.

В двух словах, происходит следующее:

входной выпрямитель получает напряжение из электросети (220 В, 50 Гц) и постоянным током питает «косой мост» на ключевых транзисторах;
«косой мост» формирует прямоугольные импульсы высокой частоты (до 50 КГц). Преобразование позволяет применить в схеме высокочастотный импульсный понижающий трансформатор. Этот узел, благодаря материалу сердечника, весит на порядок меньше своего 50-герцового «собрата», что положительно сказывается на общей массе девайса. А это приводит к уменьшению веса всего сварочного аппарата. Кроме того, экономится медь и другие дорогостоящие материалы, из которых изготавливается оборудование. Импульсный трансформатор понижает высокочастотное напряжение до необходимого рабочего.

Схемотехническое решение и применение в инверторе специальных компонентов, позволили сконструировать устройство, не критичное, в широких пределах, к колебаниям напряжения питающей электросети. При понижении его ниже допустимого предела — происходит отключение генератора и загорается жёлтая лампочка «авария».

В этом и заключаются две «изюминки»: малый вес и некритичность в широком диапазоне к колебаниям напряжения источника питания;

выходной выпрямитель преобразует напряжение (уже имеющее необходимую амплитуду) в постоянное рабочее.

Внедрение указанных выше преобразований привело к тому, что в схемотехнике источника питания появилось большое количество всяких дополнительных элементов, обеспечивающих его стабильную работу.

Теперь рассмотрим принцип работы сварочного инвертора подробно.

Как работает сварочный инвертор

В качестве примера рассмотрим устройство сварочного инвертора бренда «TELWIN» (рисунки к указанному бренду отношения не имеют). Внешний вид платы с указанием расположения элементов схемы приведён на рисунке.

Схема сварочного инвертора состоит из двух основных частей: силовой и управляющей.

Силовая схема сварочного инвертора

Принципиальная схема приведена на рисунке (рисунки в статье кликабельные: для увеличения и удобства просмотра нажмите на него и он откроется в новом окне).

Электронный силовой блок состоит из следующих узлов:

сетевой выпрямитель;
помехозащитный фильтр;
инвертор;
выходной выпрямитель.

Сетевой выпрямитель

Выпрямитель состоит из:

двухполупериодного диодного моста;
сглаживающего фильтра из двух параллельных электролитических конденсаторов.

Через диодный мост протекают большие токи, и он нагревается. Для рассеяния тепла его устанавливают на охлаждающий радиатор. С целью предотвращения перегрева и выхода из строя диодного моста, на радиаторе установлен элемент защиты — термопредохранитель. Он отключает питание при превышении температуры радиатора выше 90 °С. Постоянное напряжение после выпрямителя и фильтра подаётся на инвертор.

Помехозащитный фильтр

Мощный инвертор в процессе работы создаёт высокочастотные помехи. Что бы исключить их попадание в электросеть, перед выпрямителем устанавливается фильтр ЭМС (электромагнитной совместимости). Фильтр состоит из конденсаторов и дросселя (в приведённой схеме — на тороидальном магнитопроводе).

Инвертор

Инвертор собран по схеме «косого моста» на двух мощных ключевых полупроводниковых приборах. В качестве последних могут быть транзисторы типов «IGBT» и «MOSFET». Оба ключевых транзистора монтируются на радиаторы для охлаждения.

На первичную обмотку импульсного понижающего трансформатора поступает напряжение со входного выпрямителя, прошедшее преобразование на ключевых транзисторах и ставшее высокочастотным. С одной из вторичных обмоток снимается уже значительно меньшее по амплитуде напряжение (рабочее значение, необходимое для сварки). Эта обмотка выполнена несколькими витками ленточного медного провода в изоляции, что позволяет производить сварку током 120…130 А.

Выходной выпрямитель

С вторичной обмотки импульсного трансформатора переменный ток высокой частоты поступает на высокочастотные мощные диодные выпрямители. Они собираются на базе сдвоенных диодов по схеме с общим катодом. Диоды обладают высоким быстродействием (время восстановления trr < 50 ns). С выхода этого выпрямителя снимается электрический ток с нужными для сварки параметрами.

А теперь рассмотрим управляющую часть схемы сварочного инвертора.

Управляющая схема сварочного инвертора

Принципиальная схема приведена на рисунке (напоминаем о кликабельности рисунка).

Электронный управляющий блок состоит из следующих узлов:

ШИМ-контроллер;
цепи регулировки и контроля:
блоки контроля напряжения сети и выходного напряжения.

ШИМ-контроллер

Схема управления имеет оригинальное решение. Поэтому, она будет рассматриваться подробнее силовой части.

«Мозгом» сварочного инвертора является микросхема ШИМ-контроллера (здесь и далее – обозначения по схеме: U1). Она, управляя работой мощных ключевых транзисторов, задаёт «ритм» работы всего преобразователя. Микросхема ШИМ-контроллера, посредством полевого N-канального MOSFET транзистора (Q4), передаёт на первичную обмотку разделительного трансформатора (T1) прямоугольные импульсы с высокой частотой — до 50 КГц. С вторичной его обмотки снимаются сигналы для управления работой ключевых транзисторов.

Защиту от возможного, в процессе управления, превышения допустимого напряжения между затвором и эмиттером ключевых транзисторов осуществляют стабилитроны (D16, D17, D29, D30).

Цепи регулировки и контроля

К цепям регулировки и контроля относятся:

трансформатор тока (Т2). Этот узел является основой анализатора-ограничителя тока. Снимаемое с него напряжение, после выпрямления и ограничения, участвует в работе схемы, формирующей сварочный ток, и генератора импульсов на ШИМ-контроллере;

узел контроля напряжения сети. Он состоит из элементов операционного усилителя, собранного на двух микросхемах (U2A и U2B). На резисторных делителях, установленных в цепях входного выпрямителя, выделяется напряжение электросети (завышенное или заниженное) и поступает на сумматор операционного усилителя. Последний вырабатывает результирующий сигнал и выдаёт его на задающий генератор импульсов – ШИМ-контроллер. При обнаружении напряжения ниже допустимого, он блокирует генератор, а, следовательно, и всю схему;
схема контроля выходного напряжения. Последнее снимается с выходов «OUT+», «OUT-» и через оптрон (ISO1), поступает в схему контроля (U2A и U2B). Таким образом, выполняется отслеживание параметров выходного напряжения.

Одновременно с отключением инвертора включается жёлтый светодиод (D12), который указывает на то, что в схеме неисправность или есть проблемы с сетевым питанием (отсутствует или ниже нижнего предела).

Сварочные аппараты, обладающие громоздкой конструкцией, постепенно уходят в прошлое. Сегодня вместо огромных трансформаторных устройств, которые к тому же значительно понижали напряжение в электрической сети, можно приобрести сварочный инвертор небольших размеров для работы от генератора. Им будет весьма удобно пользоваться там, где нет свободного доступа к обычной электросети.

Использовать данное оборудование будет легко даже начинающим сварщикам. Однако для того, чтобы полностью разобраться в подобной конструкции, следует тщательно изучить принцип работы сварочного аппарата.

Прежде всего необходимо учитывать, что в инверторном сварочном аппарате электрический ток преобразуется несколько иначе по сравнению с трансформаторной конструкцией. Если в последней все напряжение подается сразу на трансформатор довольно крупных размеров, то здесь ток меняется в ходе нескольких основных этапов.

В роли ключевого преобразователя все равно выступает трансформатор, однако его габариты значительно меньше – по величине он не больше сигаретной пачки.

Еще одним существенным отличием является система управления электронного типа. Благодаря ее использованию удается сделать сам сварочный процесс значительно легче, а швы получаются ровными и аккуратными. За счет этих двух ключевых характеристик инвертор получает положительные отзывы.

Основы функционирования инверторного аппарата для сварки

Принцип работы сварочного инвертора заключается в следующем: входное электрическое напряжение 220 В с частотой порядка 25 Гц поступает в устройство и проходит через выпрямитель, становясь из переменного постоянным. Амплитуда тока одновременно с этим сглаживается за счет установки специального фильтра.

В некоторых случаях его не устанавливают, а вместо него пользуются стандартной схемой на базе конденсаторов из электролитов. Когда электрический ток прошел через это, он подается на манипулятор полупроводникового типа, где вновь становится переменным, однако с более высокой частотой.

Каждая модель имеет собственный показатель работы этого элемента, однако он никогда не будет превышать 100 кГц. Затем напряжение вновь проходит через выпрямитель, доходя до того, чтобы можно было сваривать металлические элементы.

Работа сварочного инвертора базируется на преобразователях высокочастотного типа. Сварочным аппаратом, имеющим подобные устройства в своей конструкции, можно получить ток, сила которого будет достигать 160 А, причем для этого понадобится трансформатор, максимальная масса которого будет составлять всего лишь 250 г. Для сравнения: классический сварочный аппарат для кузовных работ трансформаторного типа весил бы порядка 18 кг, а это не слишком удобно, если от него будет требоваться определенная мобильность.

Основы работы ключевой электронной схемы устройства

Работа с помощью инверторного аппарата для проведения сварных работ подразумевает установку нескольких диодных мостов. С их помощью осуществляется сглаживание импульсов переменного тока, как правило, этого удается добиться благодаря использованию специальных конденсаторов электролитического типа. Напряжение, проходящее через диодный мост в процессе работы устройства, вызывает довольно сильный нагрев этого элемента, потому он располагается на специальных охлаждающих конденсаторах.

Инверторный сварочный аппарат имеет также специальный термопредохранитель, который включается в работу только в том случае, когда диодные мосты разогреваются до температуры минимум 90 градусов.

В непосредственной близости от выпрямительного моста устанавливаются электролитические конденсаторы, чья емкость может находиться в пределах от 140 до 800 мкФ. Еще одним немаловажным элементом является фильтр, отсекающий разного рода радиопомехи.

В большинстве случаев сварочный инвертор для работы от генератора или же от обыкновенной электрической сети предусматривает наличие двух довольно мощных транзисторов. Они позволяют сформировать переменный ток большой частоты, которая может составлять порядка нескольких десятков кГц.

Чтобы не допустить выбросов напряжения, в инверторе располагают защитные цепи, в которых находятся резисторы и . Подготовка сварочного аппарата к работе подразумевает подключение его к электросети и проверку наличия напряжения на выходе.

Стоит отметить, что конструкция потребляет много электрического тока, поэтому следует предварительно позаботиться, чтобы во время работы она была подключена к источнику питания, снабженного заземлением, – это необходимо для соблюдения техники безопасности.

Возможности инверторного сварочного аппарата

Главным положительным качеством является то, что сварщику не придется прилагать много усилий, чтобы переместить инвертор с одного места на другое. Однако на этом положительные характеристики аппарата не заканчиваются. При необходимости в работе с ними можно пользоваться электродами, разработанными и для постоянного, и для переменного тока.

Этот момент является очень важным, когда возникает необходимость соединить между собой чугунные, стальные заготовки и конструкции, выполненные из цветных металлов. Почти все модели оснащены дополнительными опциями, которые позволяют сделать работу гораздо более удобной и простой. В частности, они помогут освоиться со сваркой человеку, который только начинает постигать ее азы.

Горячий старт предназначен для того, чтобы для формирования дуги получить наиболее качественные параметры.
Антизалипание подразумевает, что в случае возникновения короткого замыкания или вследствие каких-либо иных причин свариваемый ток, подающийся на электрод, резко снижается до минимального значения, что позволяет не допустить прилипания электрода к заготовке.
Система, дающая оптимальную силу тока и напряжение в момент, когда металл уходит от электрода, то есть происходит погашение сварочной дуги. Это позволяет не допустить возникновения слишком сильного разбрызгивания металла.

Дуга в сварочном аппарате инверторного типа зажигается гораздо лучше по сравнению с другими аналогичными устройствами во многом за счет того, что выходное напряжение почти не зависит от входного, как это наблюдается в традиционных аппаратах.

При использовании трансформаторной конструкции слишком слабый ток приведет к тому, что электрод будет постоянно прилипать. Настройка на сильный ток в этом случае способна вызвать пережиг заготовок. Работая с инвертором, подобных дефектов аппарата вы наблюдать не будете, однако сварные соединения получатся довольно прочными. В них не будет трещин, раковин, шлаковых скоплений и так далее.

Немаловажной особенностью аппарата инверторного типа является необязательность соблюдения единой длины дуги на протяжении формирования всего сварного шва. В традиционном трансформаторном оборудовании расстояние от электрода до соединения должно быть приблизительно одинаковым – около двух диаметров электрода, в противном случае это приведет к изменению силы тока, что в конечном счете станет причиной получения шва более низкого качества.

В инверторных аппаратах напряжение и сила тока всегда находятся в строго определенных рамках. Еще одним положительным качеством является то, что у инверторов ток постоянный. Длина дуги здесь играет не слишком серьезную роль, что очень важно при проведении работ, особенно если этим занимается сварщик, который только открывает для себя все премудрости сварки.

На сегодняшний день инверторы довольно активно используются как в промышленном производстве, так и в бытовых условиях. Их небольшие размеры и способность работы от генератора позволяют получить качественные соединения даже в довольно труднодоступных местах, где может полностью отсутствовать электроснабжение.