Устройство сварочного инвертора

Удобство использования сварочного инвертора и принцип его работы

  • Инвертор: устройство и принцип действия
    • Работа с инвертором: оборудование и этапы сварки
  • Преимущества работы со сварочным инвертором

Сварочные инверторы постепенно вытесняют традиционные сварочные аппараты с рынка бытовых и строительных услуг. Принцип работы сварочного инвертора на порядок выше производственных характеристик классических агрегатов сварного промысла. Процесс замещения идет стремительно, и, без сомнения, наступит день, когда такие аппараты полностью заменят традиционное сварочное оборудование.

Устройство сварочного инвертора

Конструкция сварочного инвертора.

Инвертор: устройство и принцип действия

Слово «инверторный» подразумевает тип источника питания, а не методику сварки электродугового плана, как многие думают. Инверторы появились не вчера. Это произошло в 70-х годах прошлого столетия. Все эти годы устройства совершенствовались: производители начинили свою продукцию электроникой, добавили множество полезных функций. Со временем аппараты стали более надежными, что не отразилось на цене – напротив, она заметно снизилась.

Устройство сварочного инвертора включает два преобразователя энергетического потока, работающих на основе электричества повышенной интенсивности и управляемых микропроцессором с электронной начинкой.

Устройство сварочного инвертора

Принципиальная схема сварочного инвертора.

В процессе работы сварной агрегат преобразует поступающий постоянный ток в силу переменного тока более высокой частоты. Процесс преобразования называют «инвертированием». В его основе – ступенчатое увеличение энергии тока до максимального при выходе.

Принцип работы инвертора подразумевает несколько ступеней:

  1. К выпрямителю подходит ток от основной сети, частота его – 50 Гц.
  2. Поступившую энергию тока сглаживает фильтр, на выходе данного этапа – постоянный ток.
  3. Полученная энергия постоянного тока инвертируется специальными транзисторами в ток переменного плана, частота его уже выше – до 50 кГц.
  4. На следующем этапе высокая частота напряжения выходит на более низкий уровень, снижаясь, примерно, до 70 В; ток достигает нужных для сварного дела 200 А.

Основное техрешение инверторного сварочного аппарата – высокая частота тока. Именно благодаря ей достигается колоссальное преимущество работы с инвертором по сравнению с традиционными ресурсами питания сварной дуги.

Для примера принципа работы можно взять сварочный агрегат мощностью в 160 А, которого достаточно для работы на электроде 4 мм. Если придется включать его в сеть на даче или в гараже, то лучше проверить напряжение сети, рассчитанной на 220 В. При заниженном напряжении возможно залипание электрода. Если напряжение в сети слишком низкое, то система может не запуститься. В этом случае придется брать другой сварочный инвертор большей мощности или приспосабливаться варить более тонким электродом.

Вернуться к оглавлению

Работа с инвертором: оборудование и этапы сварки

Устройство сварочного инвертора

Блок-схема полумостового инвертора.

Для сварки инвертором под рукой надо иметь:

  • собственно сам аппарат;
  • перчатки, сшитые из ткани грубой текстуры;
  • сварную защитную маску;
  • куртку.

Этапы сварного дела со сварочным инвертором:

  1. Выбор электродов, для инверторной сварки нужны будут электроды до 5 мм.
  2. Настройка мощности тока, которая зависит от выбранного размера электрода (как правило, производители предусматривают на панели регулятор с указанием необходимой мощности).
  3. Подключение клеммы массы к свариваемым кромкам материала; электрод, во избежание залипания, быстро подносить не следует.
  4. Запал дуги; электрод надо подносить под углом, периодично дотрагиваясь до свариваемого материала для активизации выбранного электрода, затем вести им вдоль шва, не делая перпендикулярных движений, иначе можно получить нежелательный эффект разбрызгивания металла.
  5. Завершающий этап: после получения шва необходимо убрать накипь металла, окалину обычно убирают небольшим молотком.

Чтобы шов получился красивым, правильным и прочным, нужно при работе этот шов хорошо видеть, не загораживать его электродом.

Вернуться к оглавлению

Преимущества работы со сварочным инвертором

Важное достоинство инвертора – его легкость. При довольно высокой мощности дуги вес аппарата редко достигает 10 кг, а средний его вес – 5 кг.

Работать с инвертором удобно из-за высокого КПД, доходящего почти до 100%.

Устройство сварочного инвертора

Способы подключения сварочного инвертора.

Еще одно удобство использования инвертора – в низком потреблении энергии. Аппарат работает на вдвое заниженном количестве энергии по сравнению с традиционными сварочными агрегатами.

Инверторный аппарат удачно сочетает максимальные характеристики напряжения и энергии тока, что позволяет работать при сварке в различных режимах.

Удобство работы заключается еще и в том, что, в отличие от обычного трансформатора, у инвертора постоянно контролируется процесс происходящего электронным микропроцессором, который подстраивает электрические параметры под нужный режим сварочной работы.

Принцип работы инвертора таков, что недостатков в его использовании нет. Конечно, как и прочие приборы, они нередко выходят из строя. Основная неисправность – поломка микропроцессора, что происходит из-за халатного отношения к аппарату в плане хранения и неправильной эксплуатации.

Если следовать правилам работы с агрегатом, то инвертор станет незаменимым помощником и дома, и на производстве. Он будет отлично работать, не ломаясь, до тех пор, пока не будет разработан и предложен покупателю более современный и совершенный по техническим характеристикам агрегат.

Достоинства, недостатки и принцип работы сварочного инвертора

Сегодня рынок сварочных аппаратов прочно удерживают сварочные инверторы. Принцип работы сварочного инвертора существенно отличается от старых аппаратов (трансформаторных). Такие агрегаты захватили рынок относительно недавно, в середине нулевых, причинами успеха стали их достоинства и резко снизившаяся цена из-за удешевления электроники.

Устройство сварочного инвертора

Конструкция сварочного инвертора.

Что такое инвертор

До появления сварочного инвертора для сварки использовали аппараты с мощными трансформаторами, которые выдавали ток до 500 А. Они были громоздкими и тяжелыми, их масса достигала 20, а иногда и 25 кг. Современные инверторы занимают мало места и весят на порядок ниже. Но для того чтобы понять принцип работы сварочного инвертора, необходимо знать принцип сварки как процесса.

Устройство сварочного инвертора

Схема инверторного сварочного аппарата.

Как уже было сказано выше, сварочный аппарат дает на выходе большой ток. Этот ток позволяет получить электрическую дугу, которая имеет высокую температуру и плавит металл. Дуга возникает между металлической поверхностью (той, что требуется заварить) и электродом. Капли расплавленного дугой металла заливают щель свариваемых деталей. После застывания металла, которое происходит очень быстро, образуется шов, который обладает высокой прочностью. Такая дуговая сварка является основной, на ее долю приходится более 80% всех соединений.

Главное в сварке – это ток, который раньше получали при помощи мощных трансформаторов, однако уже середина 70-х годов прошлого века была отмечена изобретением инверторного сварочного аппарата. Он имеет малые габариты и массу, питается от бытовой сети в 220 В (или промышленной в 380 В), а на выходе дает широкий диапазон необходимых токов.

Вкратце принцип работы инвертора можно описать так: ток от сети (переменный, с частотой 50 или 60 Гц) идет на выпрямитель, где преобразуется в постоянный. Далее идет фильтр, который «сглаживает» постоянный ток. После фильтра следует инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный высокой частоты. Далее напряжение понижается, и на выходе получается высокое значение переменного тока. Регулируя частоту, можно регулировать ток в широком диапазоне.

Подробное описание работы

Устройство сварочного инвертора

Принцип работы сварочного аппарата.

В инверторах происходит увеличение рабочих частот с 50/60 Гц до 60 – 80 кГц (при этом увеличение рабочих частот в 4 – 6 раз позволяет снизить массу и габариты устройства в 2 – 3 раза). Повышение частоты (рабочей) происходит в контуре с мощными силовыми ключевыми транзисторами. Однако для работы транзисторов, которые на выходе дают большой ток высокой частоты, следует подать постоянный ток на вход. Постоянный ток получается после прохождения переменного тока питания (от внешней сети) выпрямителя. Электрическую схему можно условно разделить на 2 части: силовую и управления. Описание начинается с силовой части. Итак, сетевой выпрямитель представляет собой мощный диодный мост, который преобразует переменный ток в постоянный.

Для фильтрования применяются конденсаторы (часто электролитические). Фильтр необходим для сглаживания импульсов, которые происходят после прохождения диодного моста. При этом значение напряжения на выходе фильтра будет примерно в 1,4 раза выше входного напряжения диодного моста (т.е. на корень из 3). При этом важно знать то, что подобные схемы чувствительны к перепадам напряжения. При повышении входного напряжения более чем на 10% выходное повышается на 15%, этого достаточно, для того чтобы схема сгорела. Также важным конструктивным элементом выпрямителя является радиатор, который охлаждает диодный мост. Это связано с тем, что диоды и резисторы в диодном мосту сильно нагреваются под воздействием больших токов.

Помимо радиатора, на диодный мост устанавливается и термопредохранитель, в задачи которого входит немедленное отключение питания при нагреве моста более чем на 80 – 90°С.

Устройство сварочного инвертора

Принципиальная электрическая схема сварочного инвертора.

Перед выпрямительным узлом устанавливают фильтр ЭМС (электромагнитная совместимость), он защищает сеть от высокочастотных помех и представляет собой дроссель и связку конденсаторов. Инвертор же представляет собой сборку транзисторов (часто из 2 штук) по схеме «косой мост». Коммутация постоянного напряжения в переменное происходит переключением транзисторов, частота которых может составлять десятки или сотни килогерц. Полученный на выходе ток имеет прямоугольную форму. Защиту транзисторов от сгорания обеспечивают RC-цепи, которые называют демпфирующими. Чтобы получить высокий ток на выходе инвертора, после косого моста стоит понижающий трансформатор напряжения. За ним находится мощный силовой выпрямитель, тоже диодный мост, который преобразует переменный ток в постоянный. Именно постоянный ток на выходе генерируют инверторы.

Все силовые контуры имеют охлаждение и термодатчики, которые отключают аппарат при превышении допустимого значения температуры. Чтобы обеспечить плавный запуск аппарата, используют стабилизаторы напряжения. Мягкий пуск необходим из-за того, что после зарядки конденсаторов фильтра на выходе получается большое значения тока, которое может сжечь силовые транзисторы.

Для управления силовой частью используют контроллер ШИМ. Он выдает сигналы на полевой транзистор. Выходные сигналы полевого транзистора попадают на трансформатор разделительный, у которого 2 выходные обмотки. С обмоток выходные сигналы поступают на силовые ключевые диоды (из силовой части). Также для закрытия силовых транзисторов применяется «обвязка» из 2 транзисторов. Для контроля выходного силового сигнала в системе управления применяется схема с использованием операционного усилителя, который подает входной сигнал ШИМ-контроллеру. На узел операционного усилителя, помимо выходных сигналов, заводятся сигналы со всех защитных контуров, в результате чего прекращается генерация сигнала управления и схема перестает работать (отключается).

Достоинства инверторов

Устройство сварочного инвертора

Способы подключения сварочного инвертора.

Инверторы имеют следующие преимущества:

  1. Малая масса. Транзисторы весят значительно меньше трансформатора, поэтому масса прибора составляет 5 – 12 кг против 18 – 35 кг.
  2. КПД инверторов достигает порядка 90%. Это связано с меньшими потерями на нагрев «железа». Сварочные трансформаторы сильно греются.
  3. В связи с высоким КПД и низкими потерями в железе почти в 2 раза снижается электропотребление аппарата.
  4. Устройство сварочного инвертора дает возможность регулирования силы тока, что позволяет осуществить сварочные работы в широком диапазоне, т.е. не требуется специальных аппаратов для различных материалов (типа меди или латуни). Это делает такой аппарат универсальным.
  5. Сварочные инверторы более «лояльны» к ошибкам сварщиков. Почти все аппараты имеют автоматические режимы, которые не позволяют электроду залипнуть.
  6. Стабильное выходное напряжение, не зависящее от перепадов (до 10%) напряжения в сети. Это позволяет получить стабильную сварочную дугу, параметры которой регулируются автоматически, при этом могут быть учтены даже мелкие помехи типа ветра.
  7. Есть возможность применения любого типа электродов.
  8. Многие аппараты позволяют программировать режимы работы. Это дает возможность более точно настроить аппарат на конкретную задачу.

Недостатки инверторов

  1. Главным недостатком инверторов является цена, которая выше стоимости классических сварочных аппаратов на 20 – 50%.
  2. Высокая стоимость ремонта. Обычно у этих аппаратов выходят из строя силовые транзисторы, которые составляют до 60% стоимости всего устройства. Соответственно, их замена влетит «в копеечку».
  3. Невозможно использование инверторов в плохих климатических условиях: в дождь, снег или морозы. При снеге или морозах сварка должна проводиться в специальных шатрах, где обеспечивается температура выше 0 градусов.

Стоит отметить и короткие кабели питания, т.е. нельзя использовать удлинители. Обычно кабель питания имеет длину порядка 2 метров. Это вызвано тем, что в них наводятся помехи, которые вредят работе инвертора. В результате инверторы жестко привязаны к точкам подключения.

Принцип работы инвертора сварочного: описание, схема и устройство

December 8, 2016

Традиционные сварочные аппараты с неизменными трансформаторами огромных размеров постепенно уходят в прошлое. Вместо них теперь появились компактные сварочные инверторы. Они удобны в работе, их могут использовать даже начинающие. Для того чтобы выяснить, что это за устройство, нужно рассмотреть конструкции и принцип работы инвертора сварочного.

О конструкции

Аппарат отличается от традиционных и более привычных каждому сварщику трансформаторов. Устройство сварочного инвертораВ инверторе процессы преобразования рабочего тока происходят иначе. Эти процессы протекают поэтапно при помощи небольшого трансформатора, габариты которого чуть больше пачки сигарет. Еще одно отличие – это электронная система управления. Она позволяет облегчить процесс сварки. Благодаря электронной системе формируются качественные швы. Вот как работает инверторный сварочный аппарат. Отзывы об этом оборудовании в большинстве положительные. Многие пользуются им из-за компактности и качества шва.

Общий принцип работы

Вначале входные токи с напряжением 220 Вольт с переменной частотой протекают через выпрямитель и затем преобразуются в постоянные. Дополнительно ток сглаживается при помощи фильтра. Зачастую в качестве него используется традиционная схема на основе электролитических конденсаторов. Далее постоянное напряжение и ток проходят через полупроводниковый модулятор, где снова превращаются в переменное, но с более высокими частотами. В разных моделях этот показатель отличается, но не превышает 100 кГц. Затем ток снова выпрямляется и напряжение понижается до значения, необходимого для сварки металлов. Принцип работы инвертора сварочного основан на высокочастотных преобразователях. Наличие этих узлов позволяет использовать небольшие трансформаторы, за счет чего в значительной мере уменьшилась масса агрегата. К примеру, чтобы инверторный сварочный аппарат смог выдавать ток в 160 Ампер, трансформатор должен весить не более 250 грамм. Для достижения такого же результата с применением традиционного аппарата трансформатор имел бы минимальную массу в 18 килограмм. Это очень неудобно.

Управляющий блок – главное преимущество инверторных сварочных аппаратов

Очень важную роль в работе этого оборудования играет электроника. За счет нее осуществляется обратная связь. Это помогает полностью контролировать электрическую дугу, при необходимости регулировать или удерживать ее параметры на нужном уровне. Устройство сварочного инвертораМалейшее отклонение характеристик дуги мгновенно считывается при помощи микропроцессоров. Такой принцип работы инвертора сварочного аппарата и наличие электронного блока управления гарантируют электрическую дугу с максимально стабильными характеристиками. Это в итоге увеличивает качество сварочных работ.

Принципиальная схема

В выпрямителе переменный ток с частотой 50 Гц и напряжением 220 Вольт проходит через мощный диодный мост. Пульсации тока с переменной частотой сглаживаются благодаря наличию в схеме электролитических конденсаторов. В процессе работы диодный мост подвержен перегреву, поэтому на диоды установлены радиаторы. Кроме того, инвертор оснащается термическим предохранителем. Он срабатывает, если диоды нагрелись до 90 градусов. Термопредохранитель надежно защищает диоды. Рядом с диодным мостом можно увидеть достаточно габаритные мощные конденсаторы. Емкость их может колебаться от 140 до 800 мкФ. Также в схеме обязательно присутствуют фильтры, которые не допускают в процессе работы каких-либо помех. Мы рассмотрели, какой имеет сварочный инвертор принцип работы. Устройство сварочного инвертораСхема подразумевает еще и другие элементы. Рассмотрим их ниже.

Инвертор: что он собой представляет

Непосредственно сам инвертор построен на двух мосфетах. Это мощные транзисторы. Они имеют свойство сильно нагреваться, поэтому оснащаются радиатором. Такие полупроводниковые элементы решают задачу коммутации токов, проходящих через импульсный трансформатор. Рабочие частоты здесь могут превышать несколько тысяч кГц. В итоге этого генерируется ток с переменной высокой частотой. Транзисторы должны быть стойкими к перепадам напряжения. Производители оснащают устройства специальными защитными цепями. Зачастую они собираются на основе схемы на резисторах и конденсаторах. Дальше в дело вступает вторичная обмотка на понижающем трансформаторе. На ней небольшие напряжения – до 70 Вольт. А вот сила тока может составлять 130-140 Ампер.

Выходной выпрямитель

Для того чтобы на выходе сформировались постоянный ток и напряжение, применяют надежные выходные выпрямители. Данная схема собирается на основе двойных диодов, у которых есть общий катод. Эти элементы отличаются высокой скоростью работы, они мгновенно открываются и быстро закрываются. Время реакции таких диодов составляет около 50 наносекунд. Такая скорость работы очень важна. Устройство сварочного инвертораДиодам приходится работать с токами высоких частот, обыкновенные полупроводниковые элементы с такой задачей не справляются. У них просто не хватало бы скорости при переключении. В случае ремонта, даже зная устройство сварочного инвертора, принцип действия, диоды эти рекомендуется менять на элементы с такими же характеристиками.

Устройство и работа электронной системы

Она получает питание от стабилизаторов напряжения, рассчитанных на 15 Вольт. Данные элементы установлены на радиаторах. Питающее напряжение для платы поступает от главного выпрямителя. Когда подается напряжение, первым делом заряжаются конденсаторы. Напряжение в этот момент растет. Для защиты диодной сборки использована ограничительная схема с мощным резистором. Когда конденсаторы полностью зарядятся, сварочный аппарат начнет свою работу. Замыкаются контакты реле, а резистор уже не будет участвовать в процессе.

Дополнительные узлы и системы

Устройство и принцип работы сварочного инвертора подразумевают наличие прочих систем и узлов, которые обеспечивают устройству такие высокие эксплуатационные качества. Так, можно выделить систему управления, а также драйверы. Основным элементом здесь выступает микросхема ШИМ-контроллера. Она обеспечивает управление действием мощных транзисторов. Также в устройстве есть различные контрольные, а также регулировочные цепи. В этом случае главным элементом является трансформатор. Он нужен для контроля силы и других характеристик тока после выходного трансформатора. Устройство сварочного инвертораПринцип действия инвертора сварочного также подразумевает наличие системы для контроля напряжения и характеристик токов на выходе в питающей сети. Данный блок состоит из операционного усилителя на базе микросхемы. Главное назначение системы – запуск режима аварийной защиты в случае острой необходимости. Также она призвана следить за работой и исправностью электронного блока.

Сварочные аппараты для сварки аргоном TIG

Сварка металлов в среде инертных газов – это один их самых популярных методов ручной сварки на сегодня. Работа с применением аргона обеспечивает высокое качество швов за счет полной изоляции ванны. Таким образом можно работать с любыми металлами, даже с алюминием, магнием, титаном и их сплавами. Принцип работы инвертора сварочного с аргоном ничем особенным от обыкновенного инвертора не отличается. Главная разница в том, что в процессе используется не только источник сварочного тока, но и специальная горелка. TIG-сварка подразумевает постоянный прогрев рабочего участка при помощи электрической дуги, которая создается посредством тугоплавкого вольфрамового электрода. Многим интересно узнать, как работает инверторный сварочный аппарат такого типа. Давайте узнаем.

Конструкция сварочного TIG-аппарата

Устройство для аргонодуговой сварки представляет собой источник тока и специальную горелку. Устройство сварочного инвертораПервый нужен для генерации электрической дуги, а также поддержания ее величины в нормальных параметрах. Огромное количество металлов и сплавов, с которыми можно работать таким образом, подразумевает множество регулировок. Сегодня для этого применяют полупроводниковые инверторные агрегаты. Это сварочный инвертор TIG. Принцип работы не отличается от обычного инвертора, но выход такого устройства комбинированный. Постоянный ток применяют для работы с нержавеющими сталями, медными сплавами. Переменный же подойдет для магния, алюминия и других подобных сплавов. Режим работы, когда подаются прерывистые токи, используется для сварки тонких деталей. Также в конструкции имеется горелка. Что она собой представляет? Устройство сварочного инвертораЭто специальное устройство, в котором устанавливают вольфрамовый электрод. Оно имеет сопло, через которое осуществляется подача аргона. В отличие от традиционных сварочных полуавтоматов, в горелку для сварки TIG подача газа начинается до того, как разожжется дуга. Это позволяет избежать выгорания металлов.

Заключение

Доступная стоимость такого оборудования позволяет всерьез задуматься о приобретении такого агрегата для домашнего хозяйства. Если научиться уверенно пользоваться таким аппаратом, можно даже заработать. На сварку аргоном сегодня очень большой спрос. Можно приобрести недорогой отечественный сварочный инвертор TIG-180 s. Принцип работы данного аппарата позволяет использовать его и в режиме ручной сварки. Это универсальное решение. Стоимость его составляет от 13 до 15 тысяч рублей. Наиболее дешевые китайские модели можно приобрести по цене от 6 тысяч рублей. Профессиональные устройства стоят порядка 50 тысяч рублей.

Устройство сварочного инвертора

Никогда не делайте этого в церкви! Если вы не уверены относительно того, правильно ведете себя в церкви или нет, то, вероятно, поступаете все же не так, как положено. Вот список ужасных.

Устройство сварочного инвертора

20 фото кошек, сделанных в правильный момент Кошки — удивительные создания, и об этом, пожалуй, знает каждый. А еще они невероятно фотогеничны и всегда умеют оказаться в правильное время в правил.

Устройство сварочного инвертора

Наперекор всем стереотипам: девушка с редким генетическим расстройством покоряет мир моды Эту девушку зовут Мелани Гайдос, и она ворвалась в мир моды стремительно, эпатируя, воодушевляя и разрушая глупые стереотипы.

Устройство сварочного инвертора

Каково быть девственницей в 30 лет? Каково, интересно, женщинам, которые не занимались сексом практически до достижения среднего возраста.

Устройство сварочного инвертора

Наши предки спали не так, как мы. Что мы делаем неправильно? В это трудно поверить, но ученые и многие историки склоняются к мнению, что современный человек спит совсем не так, как его древние предки. Изначально.

Устройство сварочного инвертора

Топ-10 разорившихся звезд Оказывается, иногда даже самая громкая слава заканчивается провалом, как в случае с этими знаменитостями.

Устройство сварочного инвертора

Принцип работы сварочного инвертора

Устройство сварочного инвертора Сварочный инверторный аппарат

В настоящее время стали очень популярны и доступны по цене сварочные аппараты инверторного типа. И, несмотря на свои положительные качества, они, как и любое другое электронное устройство, временами выходит из строя. Чтобы отремонтировать инвертор сварочного аппарата нужно хотя бы поверхностно знать его устройство и основные функциональные блоки.

В первых двух частях будет рассказано об устройстве сварочного аппарата модели TELWIN Tecnica 144-164. В третьей части будет рассмотрен пример реального ремонта сварочного инвертора модели TELWIN Force 165. Информация будет полезна всем тем начинающим радиолюбителям, которые хотели бы научиться самостоятельно ремонтировать сварочные аппараты инверторного типа.

Дальше будет много букв – наберитесь терпения .

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 65 000 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 «мясу9quot;, 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.

Устройство сварочного инвертора

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).

Устройство сварочного инвертора

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.

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 (I0 ) — 35А, обратное напряжение (VR ) — 800V.

Устройство сварочного инвертора

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.

Устройство сварочного инвертора

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.

Устройство сварочного инвертора

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.

Устройство сварочного инвертора

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 trr < 50 ns (50 наносекунд).

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

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

Устройство сварочного инвертора

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.

Устройство сварочного инвертора

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 — «Зелёный9quot;). 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

Устройство сварочного инвертора

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

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

Никакой магии или как работает сварочный инвертор

И сварщики профессионалы, и домашние мастера оценили принцип работы сварочного инвертора, поэтому эти приборы постепенно вытесняют с рынка традиционные сварочные трансформаторы и выпрямители. И скоро настанет то время, когда они будут царить на современном рынке сварочного оборудования. Что такое сварочный инвертор, почему они появились недавно? Необходимо отметить, что принцип инвертности, а соответственно и сам сварочный агрегат появились не вчера. Принципиальные схемы аппаратов были разработаны в 70-х годах прошлого века. Но в современном виде сварочные приборы появились недавно.

Устройство сварочного инвертора

Устройство сварочного инвертора

До недавнего времени инверторный аппарат был достаточно простым по схеме работы. Со временем инженеры дополнили ее электроникой, что повысило функциональность агрегата. Самое интересное состоит в том, что от этого цена сварочного инвертора не стала выше. Как показывает тенденция продаж, она постепенно снижается, что всех и радует.

Внимание! Термин «инверторный» не относится к процессу сварки. Это не методика. Это источник питания аппарата.

В чем заключается принцип действия сварочного аппарата инверторного типа?

  • Работает он от сети переменного тока напряжением 220 или 380 вольт и частотой тока 50 Гц. Включается в обычную розетку, если разговор ведем о бытовом сварочном инверторе.
  • Поступивший в инвертор сварочный ток проходит через фильтр, где он сглаживается и становится постоянным.
  • Полученная электрическая энергия проходит через блок транзисторов (с большой частотой коммутации), в результате получается опять переменный ток только с большей частотой – 20-50 кГц.
  • Далее, напряжение тока преобразуется, оно на выходе инвертора снижается до 70-90 вольт. По закону Ома снижение напряжение дает повышение силы тока. На выходе (на конце электрода) будет сила тока, равная 100-200 ампер. Это и есть сила тока сварки.

Именно высокая частота тока является главным техническим решением в инверторных сварочных аппаратах. Оно позволяет добиться максимальных преимуществ перед другими источниками питания электрической сварочной дуги. В инверторах необходимая для сварки сила тока достигается изменением высокочастотного напряжения. В обычных сварочных трансформаторах этот процесс происходит за счет изменения электродвижущей силы (ЭДС) катушки индукции, которая является основной частью трансформатора.

Именно предварительное преобразование электроэнергии позволяет использовать в инверторах трансформаторные блоки с небольшими размерами. Для сравнения можно привести такой пример. Если необходимо на выходе получить ток силой 160 ампер, то для этого в инверторе потребуется установить трансформатор весом 300 г. Такой же ток на выходе обычных сварочных трансформаторов получится, если в него будет вмонтирован трансформатор с медной проволокой (катушкой) весом 20 кг.

Почему так происходит? Основным элементов сварочного аппарата трансформаторного типа являлся сам силовой трансформатор с катушками первичной и вторичной обмотки. Именно катушка позволяла снижать переменное напряжение и получить на выходе из второй обмотки токи большой величины, пригодные для инверторной сварки металлов. Появляется зависимость от падения напряжения до увеличения силы тока. При этом длина медной проволоки на вторичной обмотке уменьшалась, но увеличивался его диаметр. Отсюда и большие габариты сварочного аппарата, и его большой вес.

Принципиальная электрическая схема инверторного аппарата

Устройство сварочного инвертора

В сварочных аппаратах инверторного типа все наоборот, небольшие размеры и вес. Но как получить высокочастотное напряжение, если его частота в сети всего лишь 50 Гц? На помощь приходит принципиальная инверторная схема прибора, которая состоит из мощных транзисторов. Именно они могут переключаться с частотой напряжение 60-90 кГц.

Но чтобы транзисторы заработали, необходим постоянный ток. Его получают посредством использования выпрямителя. Этот блок представляет собой соединение двух элементов: диодный мост, который выпрямляет переменное напряжение сети, и фильтрующие конденсаторы, с помощью которых происходит сглаживание. На выходе выпрямителя получается постоянно напряжение величиною более 220 вольт. Это первый этап преобразования напряжения и силы тока.

Полученное напряжение является источником питания для работы всей схемы аппарата. А так как мощные ключевые транзисторы подключены к трансформатору (понижающему), то и переключаться они будут с высокой частотой. Соответственно и сам сварочный агрегат будет работать на такой высокой частоте. Чтобы все это работало (преобразовывалось), необходимо в схему установить большое количество дополнительных элементов.

Чтобы разобраться в принципиальной схеме сварочного инвертора, необходимо рассмотреть любую модель.

Силовой блок

Не будем повторяться и рассказывать, как работает инверторный сварочный аппарат. Пройдемся по нюансам и элементам прибора.

    • Сетевой выпрямитель. Его задача – из переменного тока сделать постоянный.
    • Помеховый фильтр. Его устанавливают специально для того, чтобы помехи высокочастотного типа, появляющиеся в процессе работы сварочного инвертора, не попали в питающую сеть.
    • Инвертор (преобразователь). По сути, это блок из мощных ключевых транзисторов, которые чаще всего собираются по принципу косого моста. Обязателен в связке радиатор, с помощью которого отводится тепло от транзисторов. Они подключаются к высокочастотному трансформатору, где через его обмотку происходит коммутация напряжения. Обратите внимание, что в самом трансформаторе преобразование напряжения (постоянное в переменное) не происходит. Эта обязанность возложена на транзисторы. Основное назначение трансформатора – это понижение напряжения до 60-70 вольт. В нем в первичной обмотке течет ток с большим напряжением, но с малой силой тока. Во вторичной, наоборот, с малым напряжением, но с большой силой.
    • Выходной выпрямитель. Это диодный мост, в котором установлены диоды быстрого действия. Они за мгновения могут открыться и закрыться. Свойства очень важное, потому что эти элементы выпрямляют переменный высокочастотный ток. Простые диоды, установленные в инвертор, не успевали бы закрываться и открываться. В результате произошел бы их перегрев, итог – выход из строя.

Внимание! Необходимо знать, что на конденсаторах, установленных в фильтр, напряжение будет больше, чем на выходе диодного моста. Величина – 1,4-1,5 раз. При стабильном напряжении в сети в 220 вольт, на конденсаторах будет напряжение 310 вольт. Если в сети будет скачок, к примеру, до 250 вольт, то внутри аппарата в конденсаторах напряжение поднимется до 350 вольт. Вот почему используются конденсаторы с номинальным напряжением 400 В.

Вот основные элементы силового блока устройства инверторного сварочного аппарата. Есть еще блок управления, но он влияет на удобство работы агрегата и на его настойку (ручная или автоматическая).

Теперь вы знаете, из каких частей состоит инверторный источник сварочного тока. Еще раз повторимся. Это выпрямитель, инвертор, собранный из транзисторов, трансформатор, который понижает напряжение, и установленный на выходе выпрямитель. Для начинающих сварочников эти элементы ни о чем не говорят. И вроде бы знать о них им нет необходимости. Ведь работать с инвертором одно удовольствие.

  • Он легкий (спасибо маленькому трансформатору).
  • Легко варит достаточно толстые металлические детали (спасибо высокому току и низкому напряжению).
  • Электрод не прилипает к поверхности металла (спасибо функции «Arc Force»).
  • Процесс поджига электрода упрощен за счет подачи на его конец в начале работы тока большой силы. Эта функция сварочного инвертора называется Hot Start.
  • Если появляется короткое замыкание при залипании электрода, напряжение в аппарате резко снижается до минимума. Это оберегает его от выхода из строя.

Итак, мы разобрались в устройстве сварочного инвертора, в его принципиальной схеме, и как он работает. Необходимо отметить, что к работающему сварочному инвертору (принцип работы у всех моделей одинаковый) есть несколько требований, два из которых – это длина питающего кабеля не больше 15 м и частота проводимого обслуживания – не реже двух раз в год. В основном его надо почистить от пыли.

Поделись с друзьями


Внимание, только СЕГОДНЯ!
Закладка Постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *