Основные принципы работы сварочного инвертора, отличия от трансформаторного аппарата

Принцип работы сварочных инверторов

Весь процесс происходит в несколько этапов:

• Выпрямление сетевого напряжения;
• Преобразование его в напряжение высокой частоты;
• Понижение величины напряжения;
• Выпрямление полученного напряжения.

Напряжение сети 220/380 вольт через сетевой фильтр поступает на мост из мощных кремниевых диодов, где выпрямляется. Фильтр препятствует проникновению сетевых импульсных помех на электронную схему сварочного инвертора. Пульсации полученного напряжения сглаживаются конденсаторами большой ёмкости.

Далее постоянное напряжение, порядка 310 вольт, преобразуется в переменное импульсное напряжение высокой частоты. Её величина может находиться в интервале 40-80 кГц. Преобразование (инвертирование) осуществляется мощными IGBT или MOSFET полупроводниковыми элементами. Из-за рассеивания большого количества тепла, транзисторные ключи устанавливаются на мощных радиаторах. Инвертор работает под управлением ШИМ контроллера.

Импульсы с выхода преобразователя поступают на первичную обмотку трансформатора, который предназначен для понижения напряжения до оптимальной величины. Использование высокой частоты позволило добиться очень маленьких габаритов трансформатора. Если обычный сварочный трансформатор на 160А весит около 20 кг, то импульсный сварочный преобразователь весит не более 4 кг.

Последним элементом схемы сварочного инвертора является диодный выпрямитель. Поскольку для такой частоты обычные диоды не годятся, в выпрямителе применяются высокоскоростные диодные сборки. Это могут быть обычные элементы или диоды Шотки. Они монтируются на радиаторах.

Для получения оптимального температурного режима в конструкции сварочного преобразователя предусмотрен вентилятор. Важным элементом схемы инвертора является реле плавного пуска. Оно состоит из мощного резистора и конденсатора и предназначено для того, чтобы мощный электрический импульс, образующийся в момент включения прибора, не «выбил» диоды мостовой схемы.

Критерии выбора инвертора

Чтобы знать, как выбрать инверторный сварочный аппарат, необходимо разобраться в его основных характеристиках:

• Рабочий ток;
• Напряжение на электродах;
• Тип сварки;
• Продолжительность включения;
• Напряжение сети;
• Температурный режим;
• Дополнительные возможности.

От того, какой ток выдаёт сварочный инвертор, напрямую зависит толщина свариваемого металла. Напряжение холостого хода на электродах отличается от напряжения при сварке. В первом случае напряжение может быть равно 60-80 В, а сварочная дуга устойчива держится при напряжении 25-35 В. В бытовых условиях используется только ручная дуговая сварка (РДС) или MMA.

Продолжительность включения (ПВ) иногда называют полезным временем или продолжительностью нагрузки (ПН). Этот параметр указывается вместе с током, например, (150А – 80%). Это означает, что на указанном токе 20% времени сварочный аппарат должен остывать.

Для подключения профессиональных сварочных аппаратов с большим током бытовая сеть не подходит, поэтому для питания мощных сварочных инверторов нужно ставить на силовом вводе дополнительный отвод.

Электронные сварочные аппараты достаточно критичны к температурным значениям среды. Большинство из них не предназначено для работы при температуре ниже – 10°C, поэтому при выборе аппарата нужно тщательно ознакомиться с его техническими характеристиками.

Какой сварочный инвертор лучше, можно определить по наличию дополнительных полезных опций:

• Активный старт;
• Форсаж сварочной дуги;
• Антиприлипание.

Часто бывает, что при сварке электрод намертво прикипает к металлу, при этом возникает короткое замыкание. Функция «антиприлипание» в момент короткого замыкания отключает электронную схему, подающую напряжение на электрод. Это позволяет избежать выхода из строя полупроводниковых приборов сварочного инвертора.

Заключение

Чтобы определить, какой инверторный сварочный аппарат лучше для дома или для дачи, следует заранее знать, для чего он будет использоваться. Обычно в условиях загородного дома или приусадебного участка возникает необходимость сварочных работ при изготовлении небольших конструкций из металла.

Это может быть каркас для оранжереи забор из металлоконструкций или гаражный бокс. Для этих целей используется уголок, трубы или листовой прокат толщиной не более 5 мм. От силы тока зависит диаметр применяемого электрода.

При толщине металла до 2-х мм могут использоваться электроды диаметром 2,0-2,5 мм. При этом достаточно сварочного тока 60-80 ампер. Для металла 2-5 мм потребуются электроды диаметром 3-4 мм при силе тока 80-120 ампер. Для сварки металла 5-10 мм применяются электроды 4-6 мм, а величина сварочного тока может быть в интервале 130-230 ампер.

Из приведенных данных можно сделать вывод, что для индивидуального применения на дачном участке подойдёт сварочный аппарат инверторного типа, питающийся от однофазной сети 220 вольт с учётом колебаний напряжения сети 10-15%. Устройство должно обеспечивать сварочный ток до 160 ампер и иметь дополнительные опции.

Кроме того, на вопрос какой сварочный аппарат инвертор лучше, можно ответить однозначно – конечно отечественного производства. Европейские модели стоят дорого, приобретая китайский товар можно получить совсем не те параметры, что написаны в паспорте, а вот с российскими инверторами проблем не будет, поскольку они прекрасно адаптированы под наши электрические сети.

Напряжение холостого хода

Среди всех показателей сварочного инвертора главными остаются:

• напряжение в сети питания;
• диапазон тока на выходе.

После всех преобразований электрические импульсы могут получать силу 10–600 А. Этот показатель силы тока, который будет поступать на электрод, имеет второе название — напряжение холостого хода. Параметр можно регулировать в соответствии с режимом сварки и используемым металлом.

Высокое рабочее напряжение холостого хода позволяет быстро зажечь сварочную дугу, но небезопасно для человека. Автоматические фильтры снижают показатель до безопасного уровня перед работой и восстанавливают во время сварки.

Из чего состоит

В устройство инверторного сварочного аппарата кроме основных узлов входят блоки электроники, которые увеличивают функциональность агрегата. Главные элементы общей конструкции:

• выпрямители: сетевой, высокочастотный;
• конденсаторы фильтра;
• реле мягкого пуска;
• пусковой датчик;
• кулер;
• фильтр помеховый;
• трансформатор понижающий;
• блок управления;
• радиаторы.

Принцип действия работающих компонентов оборудования независимо от дополнительных электронных схем остается неизменным — преобразовывать входной ток в высокочастотный поток.

Основы работы сварочного инверторного агрегата

Может включаться в обыкновенную квартирную розетку или подключаться к автономным источникам питания. Работает инверторный сварочный аппарат от стандартной электросети с переменным напряжением в 220, 380 В.

Сетевой выпрямитель преобразует входящий переменный поток в постоянный. Это простая схема устройства силового блока. Затем электрическая энергия поступает в блок транзисторов, который выступает как основа агрегата, на выходе образуется переменный поток с увеличенной частотой до 50 кГц.

Следующий этап — проход энергии через преобразователь, где увеличивается показатель силы тока на 150–270 %. На электрод поступит уже ток высокой частоты напряжением 60–90 В при силе до 200 ампер.

Электронные приборы и датчики позволяют изменять параметры силы выходного тока вручную, определяя необходимое напряжение и силу для сварки.

Блок сварочного инвертора и выпрямители в схеме всегда устанавливаются на радиаторы. Электронный датчик температуры предохраняет блок от перегрева. При достижении температуры блоков 90 °С питание автоматически отключается.

Для установки в инверторные сварочные аппараты используют трансформаторы со следующими характеристиками:

1. Первичная обмотка: до 100 витков ПЭВ толщиной 0,3 мм.
2. Первая вторичная обмотка: 15 оборотов медной проволоки толщиной 1 мм.
3. Вторая и третья вторичная обмотка: 20 витков медного провода диаметром 0,35 мм.
4. Четыре слоя изоляции.

Устройство мягкого пуска представляет собой резистор высокой мощности. Он обеспечивает инвертору плавный запуск и стабилизирует мощный электрический импульс, который поступает на агрегат после включения.

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.

Какой сварочный инвертор лучше подойдет для домашних целей

Определяются значения характеристик для успешного проведения планируемых работ. Затем выбирается инверторный сварочный аппарат и вспомогательное оборудование по этим показателям.

Основные характеристики

При выборе учитываются следующие параметры:

Подключение tig потребуется для сварки нержавейки и цветного металла, но вольфрамовые электроды, баллон с газом, горелка приобретаются отдельно.
Режим работы на максимальном токе должен периодически прерываться на остывание агрегата. Такие циклы измеряются интервалами времени 10 минут, обозначаются как ПВ и указываются в процентах. Если в паспорте стоит 45%, значит, через каждые 4,5 минуты работа останавливается на 5,5 мин. Это относится только к максимальному току, на средних и низких значениях перерывы не требуются. Для бытовых устройств ПВ выбирается в пределах 50 — 70%.
Чем больше мощность, тем более толстый металл можно варить. Однако этим показателем определяется, сколько потребляет сварочный инвертор электроэнергии. Поэтому следует учитывать состояние проводки на даче. Для бытовых нужд оптимальная мощность 2,7 — 3,5 кВт.
Регулировка силы тока на дорогостоящих моделях осуществляется плавно, с точностью до 1 А. В быту не требуется высокое качество швов, поэтому лучше для дома выбрать более дешёвую модель со ступенчатым переключателем.
Напряжение холостого хода замеряется на устройстве с отключенной нагрузкой. Его значением, от 40 до 90 вольт, определяется стабильность и лёгкость поджига дуги. Начинающим сварщикам рекомендуется выбирать 70 — 90 В.
Сварочный ток выбирается по максимальному значению. Он зависит от толщины свариваемых изделий. Если предполагается работать с толщиной до 10 мм, достаточно аппарата с током 160 — 180 А. Если иногда случается сваривать более толстые изделия — 200 А. Поскольку металлопрокат более 20 мм в быту не применяется переплачивать за агрегат с током 220 — 250 А нецелесообразно. Желательно чтобы у выбранной модели регулировка начиналась с 10 А, что необходимо для прихватки листов толщиной менее 1 мм.
Питающее напряжение выбирается в зависимости от качества энергоснабжения. Если в городах стабильно поддерживается 220 вольт, то в посёлках напряжение нередко падает до 180 — 190 В

Поэтому при выборе нужно обращать внимание при каких значениях у инвертора будет сохраняться работоспособность. В техническом паспорте пределы напряжения указываются через дефис, например, 160 — 240 вольт или процентами.

Дополнительные функции

Сервисные опции упрощают рабочий процесс, но придётся доплатить. Стандартный набор содержит:

• антиприлипание — автоматическое отключение питания, когда залипает электрод с последующей подачей тока после отрыва;
• горячий старт способствует лёгкости розжига дуги путём подачи дополнительного импульса;
• форсаж дуги не позволяет за счёт увеличения силы тока электроду залипать при резком сближении с поверхностью металла.

Функции сварочного инвертора

Выбор сварочника по техническим характеристикам

Если вы ищете сварочный аппарат для дачи, то логично предположить, что вам подойдет лишь та модель, которая поддерживает работу со стандартной электросетью напряжением 220 В. Однако вам всё равно не стоит спешить с покупкой. Вы должны убедиться, что выбранная вами модель сварочного оборудования оснащена специальными защитными механизмами, которые предохранят его от скачков напряжения. Выбираемый для дачи аппарат должен поддерживать работу с напряжением в диапазоне от 180 до 240 В. Если он рассчитан на условия эксплуатации обычной бытовой электросети — 215−225 В, то покупать такой аппарат для дачи не стоит.

Также при выборе сварочного инвертора для дачи обязательно обратите внимание на его мощность. От этого параметра напрямую зависит, какой величины ток сможет выдать агрегат во время работы

Не забывайте, что именно мощность определяет возможности аппарата по соединению металлических изделий определенной толщины. Для дачи отлично подойдет прибор, у которого показатель тока находится в диапазоне 200- 250 Вт. Имея в своем распоряжении такое устройство, вы сможете проводить сварочные работы электродами «четвёрка» и выполнять надежное соединение деталей толщиной до 6 мм.

Для сварочного устройства, выбираемого для дома, важную роль играет такая характеристика, как показатель напряжения холостого хода. От неё зависит способность устройства для сварки эффективно разжигать и обеспечивать стабильность сварочной дуги. Лучше всего выбирать модели, имеющие максимальный показатель холостого напряжения. Для выпрямителей он должен быть не более 90 В, для трансформаторов — 80 В, а для инверторов оптимальным будет значение в диапазоне от 35 до 50 В.

Такая характеристика, как производительность сварочного аппарата зависит от длительности его эксплуатации в непрерывном режиме. Если у выбранной вами модели этот параметр составляет 30%, то знайте, что работать им без перерыва вы сможете не более 3 минут. После этого придется его отключить и дать ему отдохнуть на 7 минут. Работать таким аппаратом будет, конечно, неудобно, поэтому лучше всего подобрать модель с увеличенным временем непрерывной эксплуатации.

Также у сварочных аппаратов можно выделить и ряд других важных характеристик, которые нужно учитывать при их выборе для использования в бытовых условиях:

• Возможность расширения функционала для проведения электродуговой сварки. Например, в магазинах можно найти специальные рабочие узлы, которые позволяют при их установке на сварочный аппарат проводить аргоновую сварку.
• Температурный режим, при котором допустимо использовать сварочник.
• Уровень защиты устройства от влаги и пыли. Наиболее подходящими по этому параметру являются модели с маркировкой IP23.
• Возможность использования сварочного аппарата в связке с генератором.

Если вы во время сравнения в магазине разных моделей будете учитывать вышеописанные показатели, то вам не составит труда подобрать высокопроизводительную и эффективную модель аппарата для сварки в домашних условиях.

Оборудование для сварки сегодня используют не только профессиональные сварщики. Сегодня его можно встретить и у обычных граждан, не имеющих отношения к этой профессии. Покупают же они эти устройства из-за того, что у них часто возникает необходимость в проведении сварочных работ. И, естественно, наиболее качественно соединить изделия из металла можно только с помощью специализированного оборудования.

Но не все знают, какой выбрать сварочный аппарат. Ведь сегодня производители выпускают несколько видов таких агрегатов, которые вдобавок ко всему отличаются между собой разными рабочими характеристиками.

О том, что они означают и какие из них являются наиболее важными, большинство потребителей не догадывается. Поэтому часто они ошибаются с выбором оборудования для сварки. Однако, если разобраться, то в этом нет ничего сложного. Чтобы подобрать достойного качества оборудование для сварки, достаточно запомнить несколько ключевых параметров, от которых зависит производительность и эффективность их работы.

Но главное — необходимо уяснить, что среди всех представленных устройств именно инверторы лучше всего приобретать для использования в домашних условиях, а также на даче. Научиться работать с ними сможет даже человек, который никогда ранее не занимался сваркой.

https://youtube.com/watch?v=mAQhb0VoUok

https://youtube.com/watch?v=wz41Q2NNbJU

О категориях и ценах

1. Инверторы бытового назначения. Отличаются  самыми скромными характеристиками: кратковременный режим работы, после которого аппарату требуется длительный перерыв, короткий период эксплуатации. Максимальный сварочный ток не превышает 200 А. Доступная стоимость делает аппараты идеальным выбором для загородного участка. Ценовой диапазон находится в пределах от 60 до 200 $, в зависимости от завода-изготовителя.
2. Инверторы профессионального назначения. Эти модели стоят на порядок дороже. Стоимость аппаратов данного класса достигает 800 $. За эти деньги пользователь получает надежный и мощный инвертор, способный работать со многими видами электродов без перерыва. Сварочный ток регулируется до 300 А. Выбор средних строительных и производственных предприятий, на которых требуется производить работы высокого уровня сложности, например, сварку металлоконструкций.
3. Промышленное оборудование. Инверторы высочайшего качества, отличающиеся прекрасными характеристиками. Особенности конструкции обеспечивают защиту от влаги, а также дают возможность производить работы в условиях повышенной запыленности. Данные аппараты отличает длительный режим сварки – пять суток с незначительными перерывами. Максимальный показатель сварочного тока достигает 500 А. За качество нужно платить – стоимость промышленных моделей варьируется в пределах 700-2500 $. Поэтому основными потребителями этого оборудования являются крупные промышленные предприятия.

Выбираем сварочный инвертор по техническим характеристикам

Перед тем как выбрать сварочный аппарат для дома и дачи на 200 в, необходимо определиться, для каких целей он будет использован. Если нужно собрать дачные ворота и калитку, или приварить петли, или сварить конструкцию для теплицы и так далее, то выбирается прибор из категории бытовых. То есть со знанием силы тока, не превышающего 200 ампер. Не будем рассматривать другие варианты, потому что ими пользуются профессионалы.

На что необходимо обратить внимание в первую очередь – на мощность агрегата, а точнее на номинальную силу тока. Эта характеристика обязательно производителем указывается в паспорте изделия

Что обозначает данное значение – максимальную силу тока, при котором прибор будет работать корректно, не перегреваться. Конечно, с учетом периода постоянной работы и времени отдыха.

Характеристики сварочного аппарата Источник www.krin.kz

К примеру, если свариваются стальные заготовки толщиною 3-4 мм электродом диаметром 3 мм. Для этого подойдет сварка аппаратом, у которого сила тока – 120 ампер. Но не стоит сразу приобретать его. Все дело в том, что:

• сварочный инвертор в этом случае будет работать на пределе своих возможностей, а это приведет к быстрому снижению эксплуатационного его ресурса;
• перепады напряжения в частных домах и на дачах – дело обычное, и в этом случае вместо 220 вольт напряжения на выходе, вы получите всего 180 в, а значит, номинальное значение сварочного тока будет ниже заявленной в паспорте.

Поэтому рекомендуется приобретать сварочный инвертор мощностью на 30% выше. То есть, если по расчетам вам потребуется прибор со сварочным током 120 А, то лучше купить агрегат на 160 А.

Внимание! Сварочные кабели длиною свыше 4 м также снижают силу сварочного тока. И это надо учитывать в обязательном порядке

Для выполнения бытовых сварочных работ лучше приобретать аппараты с силой тока не меньше 160 А. В любом случае не прогадаете.

Как надо настраивать сварочный инвертор Источник nashprorab.com

Сетевое напряжение

Это следующий шаг в выборе сварочного инвертора. Казалось бы, что может быть проще, ведь бытовые сварочные инверторы работают от обычной розетки, где напряжение 220 вольт. Надо отметить, тот факт, что инверторы бытового типа будут стабильно работать, если напряжение в сети будет в пределах 188-254 В. Это заложено производителями.

К сожалению, на загородных участках и дачах напряжение питающей сети оставляет желать лучшего. И оно может отличаться от номинального на 20% и выше

И здесь при выборе сварочного инвертора для дома необходимо обратить внимание на некоторые пометки в паспорте. А именно:

• может ли он подключаться к генератору, с помощью которого повышается напряжение в сети;
• или каков диапазон рабочего напряжения, будет ли он совпадать с понижением на 20%.

Если таких пометок нет, то такой прибор для дачи лучше не приобретать. Такие агрегаты подойдут для работы в городе, где напряжение более или менее стабильно.

И еще один момент. Опытные сварщики знают, что от качества сварочного инвертора зависит качество самой сварки. Поэтому свое предпочтение они отдают серьезным производителям, давно зарекомендовавших себя на рынке. Поэтому идем дальше, и, отвечая на вопрос, как выбрать сварочный инвертор, переходим к рейтингу агрегатов.

Продолжительность включения прибора

Кроме величины тока, в таблице технических параметров аппарата указывается так называемая продолжительность включения (ПВ), обычно выражаемая в процентах. В общих словах, эта величина характеризует допустимую интенсивность эксплуатации аппарата, то есть, определяет предельные соотношения между продолжительностью периодов сварки и перерывов в работе.

Методика оценки этой характеристики оборудования для сварки заключается в следующем. За основу берётся цикл работы инвертора, продолжительность которого составляет 10 минут. Указываемая в характеристиках продолжительность включения определяет, какую часть продолжительности этого периода инвертор может находиться в режиме сварки.

Продолжительность включения тесно связана с величиной тока. Например, в инструкции может быть указано: продолжительность включения составляет 50% при токе 200 ампер, при токе 120 ампер – 100%. Это означает, что при токе 200 ампер, инвертор должен находиться в режиме сварки не более пяти минут в течение десятиминутного периода, при токе 120 ампер режим сварки может быть постоянным.

Любая модель инвертора имеет защиту от перегрева. Выбор инвертора с хорошим запасом по величине тока и продолжительности включения позволит ему работать в менее напряжённом режиме и обеспечит более длительную эксплуатацию. С другой стороны, цена такого аппарата должна быть выше.