Сварочный инвертор

Пояснения на схеме

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

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.

Полученные в результате инвертирования высокочастотные импульсы поступают на трансформатор, где происходит снижение их амплитуды до уровня, на котором будет осуществляться сварка.

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

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

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

Отличия от трансформаторного сварочного оборудования

Принцип работы сварочного аппарата основан на параметрах мощности силового трансформатора — главного элемента конструкции. В катушке индукции проявляется зависимость между напряжением и силой тока: чем выше показатель силы, тем меньше характеристики напряжения. Это изменение и позволяет проводить сварочные работы.

Инвертор отличается тем, что в схеме появилась возможность получить ток высокой частоты через двойное преобразование электропотока. Процесс позволяет установить трансформатор небольшого веса. Стандартный сварочный агрегат с катушкой весом 21 кг подает на электрод ток в 160 ампер, при использовании инвертора аналогичный показатель силы образуется при установке трансформатора весом в 400 г.

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.

Общая информация

Начнем с терминов, потому что с ними зачастую возникают трудности. Часто при прочтении статей на данную тему или при общении с другими людьми мы слышим слово «инвектор», но это ошибка в слове. Правильно говорить «инвертор».

Говоря об этом оборудование некоторые считают, что «импульсный инверторный аппарат» и «импульсный сварочный аппарат» это синонимы. Это утверждение ложное, т.к. импульсная сварка применяется в другом виде сварки.

Теперь разберемся с понятием. Сварочный инверторный аппарат один из видов оборудования для сварки. В нем, за счет инвертора, обеспечивается питание дуги.

Инверторные аппараты распространены и имеют спрос на рынке. Первый прототип инверторного аппарата появился в конце XX века. Вскоре инженеры существенно улучшили его устройство, он стал удобен для всех.

Какой инвертор выбрать на 12-ть, 24 или 48 Вольт

Аккумуляторные батареи могут быть 2-х, 6-ти и 12-ти вольтовые, а коммутировать их можно последовательно либо параллельно, либо последовательно-параллельно, наращивая их общую ёмкость. Чаще всего инверторы выпускают рассчитанные на 12 В или на 24 В или на 48 В. Очень редко можно встретить модели на 96 В, т.к. такое напряжение уже считается опасным. Напряжение 12 В можно встретить в бортовой сети автомобиля, 24 В – в автобусах и на яхтах. В принципе, любое из этих напряжений может работать с инвертором, для бесперебойного питания электрооборудования дома. Однако низкое напряжение не позволяет технически получить большую мощность. Так, например, из 12-и вольт невозможно получить мощность более 3-х кВт, из 24-х вольт – более 9 кВт, а из 48-и В – более 18 кВт. Понятно, что высокочастотные инверторы обычно делаются на 12 В и мощностью до 3-х кВт (и рассчитаны они на применение в автомобилях), а мощные низкочастотные инверторы обычно представлены моделями на 24 или 48 В с мощностью от 3 кВт и выше (и рассчитаны они на применение в доме или здании). Это в среднем. Но бывают и исключения, когда например, высокочастотные инверторы, прежде всего за счёт своей низкой цены, пытаются занять свою нишу в домашнем сегменте или наоборот, бесперебойники, сделанные по низкочастотной технологии с тором мощностью всего 900 Вт, имеющие относительно большой вес и цену, пытаются занять нишу в сегменте высокочастотных инверторов за счёт таких своих качеств, как надёжность, мощные зарядные возможности и широкий функционал.

Что такое сварочный инвертор

Инвертор современного типа представляет собой сравнительно небольшой агрегат в пластиковом корпусе общим весом 5-10 кг (в зависимости от вида и типа модели). Большинство моделей имеют прочную текстильную ленту, позволяющую сварщику удерживать агрегат на себе в процессе работы и носить его с собой при перемещении по объекту. На фронтальной части корпуса находится плата управления сварочного инвертора – регуляторы напряжения и других параметров, делающие возможной гибкую настройку мощности во время работы.

Современные аппараты для сварки классифицируются на бытовые, полупрофессиональные и профессиональные, которые отличаются потребляемой мощностью, диапазоном настроек, производительностью работы и другими характеристиками. На рынке популярностью у покупателей пользуются модели российских и зарубежных производителей. В рейтинг наиболее востребованных входят КЕДР ММА-160, Ресанта САИ-160, ASEA-160D, ТОРУС-165, FUBAG IN 163, Rivcen Arc 160 и другие модели.

На что обращают внимание при покупке инвертора

Выбор сварочного инвертора основывается на условиях сварки и тех режимах, которым он должен соответствовать. В первую очередь определяются с входным напряжением. Подавляющее большинство аппаратов рассчитано на питание 220 В, но есть и модели, подключаемые к сети 380 В. В паспорте прибора его обозначают в виде допустимого диапазона: 220В + 15% — 30% или 160-240В. В сельской местности с частыми посадками напряжения это может иметь большое значение.

Важнейшей характеристикой режима сварки служит сварочный ток: он напрямую зависит от толщины свариваемых деталей и диаметра используемых электродов. В бытовых условиях редко приходится варить изделия толще 10 мм. В этом случае лучше выбрать инвертор, способный выдавать ток в 160-180 А. При сварке листов из углеродистой стали толщиной до 20 мм надо рассчитывать на 200 А. Более мощные агрегаты целесообразно приобретать лишь для специализированных мастерских. Важен и сам способ настройки. Возможность плавного регулирования в отличие от дискретного всегда предпочтительней для достижения качественного шва.

Совет! При работе с тонкими деталями следует обратить внимание на нижний предел исходящего тока, который желательно иметь на уровне 10 А.

Легкость зажигания сварочной дуги связана с напряжением холостого хода. У большинства моделей оно находится в диапазоне от 40 до 90 вольт. Чем выше этот показатель, тем легче будет варить.

При интенсивной эксплуатации большое влияние на производительность агрегата оказывает процент времени работы на максимальном токе, обозначаемый ПВ. Хороший аппарат должен иметь такой показатель на уровне не ниже 70%. Это значит, что при производственном цикле 10 минут 7 из них можно варить с полной нагрузкой, а 3 минуты следует потратить на замену электрода, очистку шва и охлаждение прибора.

Низкочастотные инверторы

Низкочастотные инверторы работают на низкой частоте преобразования энергии от аккумуляторов, частота 50 Гц., которая соответствует частоте централизованной сети. На такой частоте работают, более менее большие и тяжёлые трансформаторы. Такой трансформатор является промежуточным буфером между электроникой инвертора и нагрузкой, что увеличивает надёжность инвертора.

На фото ниже инвертор TrippLite 6 кВт (внутри, вид сбоку, стандартный трансформатор справа)

У инвертора МАП HYBRID 6 кВт внутри (вид сверху, трансформатор «тор» слева). Тор имеет большее КПД чем у обычного трансформатора и меньше наводит помех. Так же у инверторов с тором ниже самопотребление электричества на холостом ходу.

Трансформатор занимает чуть менее половины корпуса приборов, увеличивая размер и вес низкочастотного инвертора, по сравнению, с высокочастотниками. Благодаря трансформатору возрастает мощность и надёжность инверторных систем.

Самые именитые и дорогие мировые бренды, из-за непревзойдённых параметров торов, используют в своих инверторах только низкочастотные трансформаторы в виде тора.

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.

В инверторе такой недостаток попросту отсутствует. Случайное прикосновение электрода к поверхности не повлечет за собой катастрофических последствий. Микропроцессор практически мгновенно отреагирует на падение напряжения и подплавит электрод. В результате оторвать его от детали не составит труда.

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.

https://www.youtube.com/watch?v=5RmnsgUOL14

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.

Устройство сварочного инвертора: описание работы и назначение блоков на базе схемы РЕСАНТА САИ 140

У каждого производителя принципиальные схемы инверторных сварочных аппаратов разные. Мало того, даже разные линейки одного и того же производителя могут существенно отличаться. Но устройство сварочного инвертора имеет общие черты. Блоки те же. Просто собраны смогут быть по-разному. Это входной выпрямитель на базе мощного диодного моста и сглаживающих конденсаторов, инвертор — на ключевых транзисторах (тип IGBT или MOSFET) и выходной выпрямитель на базе высокочастотного понижающего трансформатора и диодного моста с выходным конденсаторным фильтром.

Принципиальная схема инверторного сварочного аппарата РЕСАНТА САИ 140

Далее рассмотрим, как работает сварочный аппарат, основываясь на схеме инверторного сварочного аппарата РЕСАНТА САИ 140. Он не лучше и не хуже остальных, просто есть его схемы.

Первичный выпрямитель и конденсаторный фильтр

Задача первичного выпрямителя — . В реалии он получается не совсем постоянным, а с некоторой пульсацией, но это уже явно не синусоида. Реализуется это обычным диодным мостом, который «переворачивает» нижнюю полуволну синусоиды.

Как работает сварочный инвертор: первая ступень преобразования напряжения в Ресанта САИ 140

Сетевое напряжение через входную стабилизирующую группу попадает на конденсаторы С1 и С2. Основная задача —  снятие статического напряжения на землю. Именно поэтому включать инверторную сварку крайне желательно в розетку с действующим заземлением, а не просто с имеющимся контактом.

Далее, диодный мост «переворачивает» нижнюю полуволну. На его выходе получается пульсирующее напряжение. Для сглаживания пульсаций ставят конденсаторы (в приведенной схеме это конденсатор С8 ёмкостью 1 микрофарад на напряжение 400 В ). На их выходе напряжение уже постоянное. Конденсаторы стоят с солидным запасом по напряжению — 400 Вольт и выше, так как на выходе диодного моста напряжение уже больше чем сетевое — порядка 320-350 В. А если учесть еще возможные скачки… вот и ставят с запасом — на 400 В.

И конденсаторы, и диоды при работе сильно греются. Для лучшего отвода тепла их монтируют на алюминиевые радиаторы. Часто еще делают дополнительный обдув — ставят вентилятор. Если вы хотите, чтобы сварочный аппарат прослужил долго, следите за тем, чтобы кулер был в рабочем состоянии.

Инвертор

Блок инвертора преобразует постоянное выпрямленное напряжение низкой частоты в переменное напряжение высокой частоты. Реализуется обычно на ключевых транзисторах, которые открываются и закрываются с большой частотой. Именно они формируют переменное напряжение с частотой в десятки килогерц. Управляет их переключением контроллер.

Силовые транзисторы G30N60, при помощи которых преобразуется постоянный ток в высокочастотный переменный

На выходе инвертора получаем не синусоиду, а практически прямоугольные импульсы. Но для дальнейшего выпрямления это не проблема. Зато частота высокая, что значит, что вторичный выпрямитель можно сделать на небольшом по размеру трансформаторе.

Выпрямление и стабилизация

Полученное высокочастотное напряжение подается на высокочастотный трансформатор. Напряжение на нем понижается, ток увеличивается. Через его первичную обмотку протекает высокое напряжение небольшой силы тока, а со вторичной снимается более низкое напряжение, но сила тока уже порядка 150-220 ампер — в зависимости от мощности и класса аппарата.

Выходное преобразование напряжения перед подачей на электрод

Для получения постоянного напряжения на выходе трансформатора стоит диодный мост. Он выдает уже практически постоянное напряжение, которое «доглаживается» выходными конденсаторами и идет на сварочный электрод. Диоды на выходном мосту стоят особые — с высокой скоростью срабатывания (не более 40-55 наносекунд). Они должны сглаживать напряжение частотой в десятки килогерц, так что скорость срабатывания должна быть очень высокой. Если в процессе ремонта возникла необходимость их замены, то надо подбирать именно с высоким быстродействием. Иначе работать аппарат не будет.

Остальные блоки на схеме — это как раз управление, «дополнительные опции» типа защит от перегрева и залипания электрода.

Чем отличаются инверторный и трансформаторный источник электрической дуги

1. Габариты и вес сварочного аппарата трансформаторного типа больше, чем у инвертора. Промышленные образцы могут весить более ста килограммов.
2. Принцип действия. В инверторе переменный ток сети преобразуется первичным выпрямителем в постоянный, затем снова в переменный ток высокой частоты и далее снова происходит изменение на постоянный на вторичном выпрямителе. У сварочных аппаратов трансформаторного типа сила тока изменяется за счёт изменения положения магнитопровода, то есть сердечника понижающего трансформатора или включения в цепь разного количества витков обмоток.
3. Инвертор имеет более устойчивую дугу, благодаря стабильности сварочного тока, что влияет на качество шва.
4. Разница в конструкции. Инвертор более сложный и может оснащаться следующими дополнительными функциями: HOT START – увеличение начального тока для улучшения поджига сварочной дуги. ARC FORCE — увеличение сварочного тока для ускорения процесса плавления и препятствия залипанию, то есть происходит форсирование дуги. ANTI-STICK – снижение тока при залипании электрода для увеличения времени на его отрыв и защиты от перегрузки.
5. Процесс обучения работе на трансформаторе более сложный и трудоёмкий. Однако, освоив эти навыки, без труда можно работать на инверторе.
6. Инвертор выдаёт постоянный ток, трансформатор работает на переменном с частотой бытовой электросети 50 Гц.
7. Коэффициент мощности инвертора наибольший из всего сварочного оборудования, а КПД превышает трансформаторные аналоги на 20-30%.
8. Широкий диапазон изменения тока сварки.
9. Инвертор имеет такой показатель как коэффициент прерывистости работы (КП). Он определяет время непрерывной работы на максимальном сварочном токе. То есть, если КП равен 50%, то после 10 минут работы ему требуется 5 минут на охлаждение. К трансформаторному сварочному аппарату такие требования не предъявляются.
10. Возможность использования электродов, предназначенных как для постоянного, так и для переменного тока.

На сегодняшний день на рынке довольно широкий выбор оборудования для сварки различных производителей. Выбор сварочного аппарата следует производить исходя из задач, которые с его помощью предстоит выполнять.

Ремонт и строительствоКомментировать