Частота преобразования сварочного инвертора

Обновлено: 17.05.2024

Сварочные инверторы всё более уверенно занимают нишу производственного сварочного оборудования, приходя на смену традиционной трансформаторной технике. В том, что этот тренд носит глобальный характер, сомневаться не приходится.

Инверторное оборудование объективно успешней справляется со стоящими перед ним задачами.

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.

Пояснения на схеме

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

Структурная схема инвертора для сварки 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 клеммы сварочного инвертора.

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

Благодаря принципу высокочастотного преобразования удалось добиться снижения веса и уменьшения размеров сварочных аппаратов в несколько раз.

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

Управление током

Регулирование сварочного тока инвертора производится посредством электронного регулятора с обратной связью, изображённого на схеме. С помощью потенциометра, расположенного на лицевой панели сварочного инвертора, выбирается требуемая величина тока сварки.

При вращении ручки потенциометра, устанавливается некий уровень опорного напряжения на входе логических элементов, построенных на операционных усилителях.

Сигнал, поступающий по линии обратной связи с датчика тока, расположенного на выходе аппарата, сравнивается компаратором с уровнем заданного регулирующим потенциометром напряжения.

При несовпадении уровней напряжения задающей цепи и сигнала датчика тока, происходит изменение амплитуды управляющего импульса, поступающего на контроллер.

При этом происходит изменение скважности импульсов, генерируемых контроллером, что вызывает изменение режима переключения транзисторов и в конечном итоге, величины тока сварки.

То есть, принцип регулирования заключается в том, что схема всегда стремится поддерживать соответствие между значениями заданного и фактического тока, что обеспечивает его стабильность.

В качестве контроллера, формирующего регулируемые сигналы широтно-импульсной модуляции, обычно применяется микросхема TL494, производимая американской фирмой Texas Instruments, либо её аналоги.

Приведённая структурная схема показывает только принцип работы и взаимодействия отдельных функциональных блоков. Детализованная электросхема каждого типа инверторов может иметь индивидуальные особенности.

Автоматические функции сварочного оборудования

Чтобы понять, как работают инверторные сварочные аппараты в различных ситуациях, следует ознакомиться с принципом работы некоторых их функций.

ARC FORCE

Эта функция призвана осуществлять форсирование дуги. В процессе работы сварщика иногда капля расплавленного электрода, не оторвавшись вовремя и не попав в сварочную ванну, зависает, уменьшая зазор.

Это может грозить прилипанием электрода к детали. Принцип работы arc force заключается в кратковременном увеличении тока, который «сдувает» каплю металла.

ANTI STICK

В начале работы, в процессе розжига дуги, электрод может прилипнуть к заготовке. Принцип функции anti stick состоит в том, что в этот момент происходит резкое снижение сварочного тока. После отрыва электрода режим работы аппарата возвращается к норме.

HOT START

Работа этой опции помогает легко зажечь электрическую дугу. Принцип данной автоматической функции прост. При разжигании дуги, в момент отрыва электрода от заготовки, происходит кратковременное увеличение значения сварочного тока, что способствует более надёжному розжигу дуги.

Все функции способствуют более быстрой и надежной работе инвертора, что в итоге приводит к высокому качеству сварного шва.

Устройство сварочного инвертора

В настоящее время стали очень популярны и доступны по цене сварочные аппараты инверторного типа.

Несмотря на свои положительные качества, они, как и любое другое электронное устройство, временами выходит из строя.

Чтобы отремонтировать инвертор сварочного аппарата нужно хотя бы поверхностно знать его устройство и основные функциональные блоки.

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

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 65000 Гц! В результате трансформатор «сжимается» до весьма малых размеров, а мощность его такая же, как и у здоровенного собрата, который работает на частоте 50 Гц. Думаю, идея понятна.

Вся эта петрушка с преобразованием привела к тому, что в схемотехнике сварочного аппарата появляется куча всяких дополнительных элементов, служащих для того, чтобы аппарат стабильно работал. Но, хватить теории, перейдём к "мясу", а точнее к реальному железу и тому, как оно устроено.

Устройство сварочного аппарата инверторного типа. Часть 1. Силовой блок.

Разбираться в устройстве сварочного инвертора желательно по схеме конкретного аппарата. К сожалению, схемы на TELWIN Force 165 я не нашёл, поэтому нагло позаимствуем схему из руководства по ремонту другого аппарата – TELWIN Tecnica 144-164. Фотографии аппарата и его начинки будут от TELWIN Force 165, так как именно он оказался в моём распоряжении. Исходя из анализа схемотехники и элементной базы, особых отличий между этими моделями практически нет, если не учитывать мелочи.

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

Принципиальная схема сварочного аппарата инверторного типа TELWIN Tecnica 144-164 состоит из двух основных частей: силовой и управляющей.

Сначала разберёмся в схемотехнике силовой части. Вот схема. Картинка кликабельна (нажмите для увеличения – откроется в новом окне).

Сетевой выпрямитель.

Как уже говорилось, сначала переменный ток электросети 220V выпрямляется мощным диодным мостом и фильтруется электролитическими конденсаторами. Это нужно для того, чтобы переменный ток электросети частотой 50 герц стал постоянным. Конденсаторы С21, С22 нужны для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, которые всегда присутствуют после диодного выпрямителя. Выпрямитель реализован по классической схеме диодный мост. Он выполнен на диодной сборке PD1.

Следует знать, что на конденсаторах фильтра напряжение будет больше в 1,41 раза, чем на выходе диодного моста. Таким образом, если после диодного моста мы получим 220V пульсирующего напряжения, то на конденсаторах будет уже 310V постоянного напряжения (220V * 1,41 = 310,2V). Обычно же рабочее напряжение ограничивается отметкой в 250V (напряжение в сети ведь может быть и завышенным). Тогда на выходе фильтра мы получим все 350V. Именно поэтому конденсаторы имеют рабочее напряжение 400V, с запасом.

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°. Это элемент защиты.

В выпрямителе применяются диодные сборки (диодный мост) типа GBPC3508 или аналогичный. Сборка GBPC3508 рассчитана на прямой ток (I₀) - 35А, обратное напряжение (V_R) - 800V.

После диодного моста установлены два электролитических конденсатора (здоровенькие бочонки) ёмкостью 680 микрофарад каждый и рабочим напряжением 400V. Ёмкость конденсаторов зависит от модели аппарата. В модели TELWIN Tecnica 144 – 470 мкф., а в TELWIN Tecnica 164 – 680 мкф. Постоянное напряжение с выпрямителя и фильтра подаётся на инвертор.

Помеховый фильтр.

Для того чтобы высокочастотные помехи, которые возникают из-за работы мощного инвертора, не попадали в электросеть, перед выпрямителем устанавливается фильтр ЭМС – электромагнитной совместимости. На английский манер аббревиатура ЭМС обозначается как EMC (ElectroMagnetic Compatibility). Если взглянуть на схему, то фильтр EMC состоит из элементов С1, C8, C15 и дросселя на кольцевом магнитопроводе T4.

Инвертор.

Схема инвертора собрана по схеме так называемого "косого моста". В нём используется два мощных ключевых транзистора. В сварочном инверторе ключевыми транзисторами могут быть как IGBT-транзисторы, так и MOSFET. Например, в моделях Telwin Tecnica 141-161 и 144-164 используются IGBT-транзисторы (HGTG20N60A4, HGTG30N60A4), а в модели Telwin Force 165 применены высоковольтные MOSFET-транзисторы (FCA47N60F). Оба ключевых транзистора устанавливаются на радиатор для отвода тепла. Фото одного из двух транзисторов MOSFET типа FCA47N60F на плате TELWIN Force 165.

Снова взглянем на принципиальную схему и найдём на ней элементы инвертора.

Постоянное напряжение коммутируется транзисторами Q5 и Q8 через обмотку импульсного трансформатора T3 с частотой гораздо большей, чем частота электросети. Частота переключений может составлять несколько десятков килогерц! По сути, создаётся переменный ток, как и в электросети, но только он имеет частоту в несколько десятков килогерц и прямоугольную форму.

Для защиты транзисторов от опасных выбросов напряжения используются демпфирующие RC-цепи R46C25, R63C30.

Для понижения напряжения используется высокочастотный трансформатор T3. С помощью транзисторов Q5, Q8 через первичную обмотку трансформатора T3 (обмотка 1-2) коммутируется напряжение, которое поступает от сетевого выпрямителя (DC+, DC-). Это то самое постоянное напряжение в 310 – 350V, которое было получено на первом этапе преобразования.

За счёт коммутирующих транзисторов постоянное напряжение преобразуется в переменное. Как известно, трансформаторы постоянный ток не преобразуют. Со вторичной обмотки трансформатора T3 (обмотка 5-6) снимается уже намного меньшее напряжение (около 60-70 вольт), но максимальный ток может достигать 120 – 130 ампер! В этом и заключается основная роль трансформатора T3. Через первичную обмотку течёт небольшой ток, но большого напряжения. Со вторичной обмотки уже снимается малое напряжение, но большой ток.

Размеры этого самого трансформатора невелики.

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

Далее со вторичной обмотки импульсного трансформатора переменный ток высокой частоты выпрямляется мощными диодными выпрямителями. С выхода выпрямителя (OUT+, OUT-) снимается электрический ток с нужными параметрами. Это и необходимо для проведения сварочных работ.

Выходной выпрямитель.

Выходной выпрямитель собран на базе мощных сдвоенных диодов с общим катодом (D32, D33, D34). Эти диоды обладают высоким быстродействием, т. е. они могут быстро открываться и также быстро закрываться. Время восстановления t_rr < 50 ns (50 наносекунд).

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

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

Для защиты диодов выпрямителя используется демпфирующая RC-цепочка R60C32 (см. схему силовой части).

Схема запуска и реализация «мягкого пуска».

Для питания микросхем и элементов, которые расположены на плате управления, используется интегральный стабилизатор на 15 вольт – LM7815A. Он установлен на радиатор. Напряжение питания на стабилизатор поступает с основного выпрямителя PD1 через два последовательно включенных резистора R18, R35 (6,8 кОм 5W). Эти резисторы понижают напряжение и участвуют при запуске схемы.

Напряжение +15 со стабилизатора U3 (LM7815A) поступает на управляющую схему. Далее, когда схема управления и драйвер «раскачали» мощную схему инвертора, то на дополнительной вторичной обмотке трансформатора T3 (обмотка 3-4) появляется напряжение, которое выпрямляется диодом D11.

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

Выпрямленное напряжение после диода D11 также служит для питания реле RL1, охлаждающего вентилятора V1 и индикаторного светодиода D10 (Verde – "Зелёный"). Резисторы R40, R41, R65, R37 гасят излишки напряжения. Для стабилизации напряжения питания вентилятора V1 (12V) применяется 5-ти ваттный стабилитрон D36 на 12V.

Реле RL1 обеспечивает плавный запуск инвертора («мягкий пуск»). Разберёмся с этим подробнее.

В момент включения сварочного аппарата начинается заряд электролитических конденсаторов. В самом начале зарядный ток очень велик и может вызвать перегрев и выход из строя диодов выпрямителя. Чтобы уберечь диодную сборку от повреждения зарядным током применяется схема ограничения заряда (или «мягкого пуска»). Взглянем на схему.

Основным элементом схемы «мягкого пуска» служит резистор R4, мощность которого 8W (8 ватт). Сопротивление резистора – 47 ом. Именно на него возложена роль ограничения зарядного тока в первые моменты после включения.

После того, как заряд конденсаторов закончился, а инвертор начал работу в штатном режиме, электромагнитного реле RL1 замыкает контакты. Контакты реле шунтируют резистор R4, и в дальнейшем он не участвует в работе схемы, так как весь ток проходит через контакты реле. Таким образом реализован плавный запуск.

На плате инвертора TELWIN Force 165 также можно найти элементы схемы «мягкого пуска». В качестве реле RL1 выступает электромагнитное реле модели Finder на рабочее напряжение 24V (параметры контактов реле – 16A 250V~).

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

Модернизация сварочного инвертора

Инвертор работает на частоте 90 - 100 кГц, по нижеприведённой схеме.
Хотелось бы уменьшить частоту до 10 - 20 кГц.

Частоту удалось уменьшить только в 2 раза, при увеличении сопротивления резистора до 7 кОм и ёмкости конденсатора до 2 нФ. (выводы 5 и 6 микросхемы КА3525А ).
Дальнейшее увеличение номиналов приводит к срабатывании защиты, даже на холостом ходу. Хотя в мануале на микросхему указано, что можно увеличивать резистор до 200 кОм, а конденсатор до 0,1 мкФ.

Отсюда вопрос - можно ли уменьшить рабочую частоту сварочного инвертора по нижеприведённой схеме до 10 - 20 кГц? И как это реализовать.
Какие будут мысли по управлению частотой

FANSO EVE Energy уже второй год подряд уверенно занимает лидирующую позицию на рынке РФ. Согласно анализу данных таможенной статистики за 2020-2021 годы, доля продукции FANSO составляет более 20% на российском рынке гражданского приборостроения по количеству проданных первичных литиевых источников тока.

К сожалению, представленая схема "кривая".Не показана нагрузка выходного каскада. Срабатывание защиты вызвано не соответствием трансформатора выбраной Вами частоте.

Компэл стал дистрибьютором компании POWER FLASH, производящей широкий спектр популярных батареек. POWER FLASH производит солевые и щелочные (алкалиновые) цилиндрические батарейки, а также серию литий-диоксидмарганцевых батареек. POWER FLASH выступает OEM-производителем для крупных японских и европейских производителей батареек. Батарейки POWER FLASH предназначены для самого широкого спектра применений – от бытового до промышленного.

Высокое качество при конкурентной стоимости позволяет DC/DC-преобразователям MORNSUN конкурировать с аналогами ведущих мировых производителей. Продукция данного бренда, такая как семейство UWTH1D, может с успехом применяться в железнодорожных приложениях. Для телекоммуникационного оборудования подходят DC/DC-преобразователи семейств VCB и VCF, для систем распределенного электропитания – малогабаритные импульсные PoL-стабилизаторы напряжения семейства K78, а для автоматизированных системах производства и робототехники, незаменима серия KUB. Есть и уникальные решения, например, миниатюрный DC/DC-конвертер B0505ST16-W5 в корпусе микросхемы, предназначенный для медицинских приборов.

Ниже привожу схему выходного каскада.

dgrm извиняюсь за незнание, а зачем частоту уменьшать?

Вместо трёх выходных трансформаторов думаю поставить один, который будет работать на частоте около 15 кГц.
Возможно ли это?
Кто что думает?

насколько я знаю: в инверторах(преобразование туда-сюда-обратно) вся соль в высокой частоте-для того чтобы массу транса уменьшить.
а вы частоту уменьшить хотите. потери возрастут, греться будет, либо транс больше нужен.

Судя по схеме похоже на МАСТЕР 162, Я собирал инвертор с нуля и в качестве силового сердечника использовал два ТВС от цветных телевизоров 4,5 поколения. На стенде удалось выдавить 190 ампер.Режим был очень критический и я установил защиту на 130ампер. Частота преобразования была 62Кгц. Это было в 2006году. Я несколько лет варил этим аппаратом. Недостаток очень грелся феррит хотя у меня стояла термозащита на его.По конструкции чем то напоминает ТОРУС 200.

Кто подскажет. Есть у меня проблемка нехватка тока, можно ли увеличить за счет вольто-добавки? Имею ввиду от другого сварочника с соблюдением полярности. (Полуавтомат Титан-160).

Какой смысл менять рабочую частоту?? При снижении частоты снизится индуктивное сопротивление переменному току. Что вызовет нагреву тр-ра.

Принцип работы сварочного инвертора

Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется с помощью выпрямителей на основе диодного моста. Получить переменный ток из постоянного также возможно, только для этого понадобится совершенно другой прибор – инвертор переменного тока. Данные устройства используются не только в виде преобразователей, но и в других электротехнических устройствах, например, в сварке.

Особенности инверторной сварки

В отличие от обычной сварки, работа инверторной аппаратуры имеет свои особенности. Основой конструкции служит инвертор, осуществляющий преобразование постоянного тока в переменное напряжение высокой частоты.

Рабочий процесс и принцип работы сварочного инвертора выглядит следующим образом:

К выпрямителю, установленному на входе, поступает сетевое напряжение 220 вольт, частотой 50 Гц. Далее оно попадает в так называемый косой диодный мост, состоящий из ключевых транзисторов.
В этом мосту происходит формирование высокочастотных прямоугольных импульсов, достигающий 50 кГц. Благодаря такому преобразованию в схеме стало возможным импульсного понижающего трансформатора высокой частоты. Использование этого прибора означает понижение высокочастотного напряжения до требуемого рабочего значения.
Выпрямитель, установленный на выходе, преобразует полученное напряжение с нужной амплитудой в рабочее, которое и будет использоваться во время проведения сварочных работ.

Специальный материал сердечника трансформатора позволил сделать все устройство относительно легким и компактным. Удачные технические решения и специальные компоненты, использованные в конструкции инвертора, дали возможность получить на выходе сварочный аппарат, не подверженный влиянию скачков и перепадов постоянного тока и сетевого напряжения. При его выходе за допустимые пределы потребления, устройство полностью отключается, на что указывает загоревшаяся аварийная лампочка желтого цвета.

Чтобы до конца понять возможности сварочного инвертора, необходимо знать, устройство сварочного инвертора и на каких принципах он работает.

Устройство и принцип работы

Прежде чем рассматривать вопрос, как работает сварочный инвертор, нужно вспомнить конструкцию обычного аппарата и потом сравнить оба устройства. Старые приборы для сварки конструировались на основе силового трансформатора повышенной мощности. Он выполнял понижение переменного сетевого напряжения, а на его вторичной обмотке появлялись высокие токи – от десятков до сотен ампер, необходимые для сварочного процесса.

Ток на вторичной обмотке увеличивался в такой же степени, в какой происходило понижение напряжения. Для этого в качестве обмотки использовался провод большого диаметра со сниженным количеством витков. Требуемая высокая мощность, работа на сетевой частоте 50 Гц привели к тому, что размеры и масса обычной сварочной аппаратуры получились очень большими и громоздкими. Это создавало массу неудобств при перемещениях во время работы с одного места на другое.

Разработка сварочных инверторов постоянного тока позволила полностью устранить эти недостатки, особенно потребление энергии. Рабочая частота, увеличенная до 60-80 кгц и выше, привела к снижению габаритных размеров и массы устройства. Например, при росте частоты преобразованного напряжения в 4 раза, размеры трансформатора снижаются примерно в 2 раза. В конце концов уменьшается вес всего аппарата, он становится менее материалоемким за счет экономии меди и прочих дорогостоящих материалов.

Теперь следует разобраться, для чего нужен инвертор и откуда же берутся токи с высокой частотой в 60-80 кГц, когда в электрической сети этот показатель составляет всего 50 Гц. Требуемый результат получается за счет использования инверторной схемы, в состав которой входят мощные ключевые транзисторы. Их переключение как раз и позволяет получить требуемую высокую частоту. Этот процесс запускается после подачи на них постоянного напряжения, поступающего через выпрямитель.

Выпрямление сетевого напряжения осуществляется за счет работы мощного диодного моста с последующим сглаживанием фильтрами-конденсаторами. Это первый этап преобразования, в конце которого образуется постоянное напряжение величиной 220 В и выше. Именно оно выступает в качестве источника питания самого инвертора, транзисторы которого соединены с понижающим трансформатором. Переключение транзисторов происходит на высокой частоте, поэтому и трансформатор будет работать на такой же частоте – 60-80 кГц.

При работе на таких сверхчастотах уже не нужны громоздкие устройства, поэтому размеры трансформатора существенно уменьшаются, а потребляемая мощность сварочного инвертора остается такой же, как у обычного аппарата, работающего на 50 Гц.

Регулировка и управление сварочным током

Для регулировки сварочного тока в инверторных устройствах предусмотрен специальный электронный регулятор. Конкретные параметры выбираются потенциометром, размещенном на передней панели устройства. Его ручка вращается и постепенно устанавливается определенный уровень первоначального напряжения на входе. Здесь расположены логические элементы, созданные в виде операционных усилителей.

На выходе находится датчик тока, с которого по линии обратной связи поступает сигнал. С помощью компаратора осуществляется сравнение фактически полученного напряжения с уровнем напряжения, заданного при регулировке потенциометром.

Если уровни напряжений не совпадают, в этом случае импульс, поступающий на контроллер, изменит свою амплитуду. Одновременно изменится и скважность самих импульсов, выдаваемых контроллером. В результате, режим переключения транзисторов также изменится, оказывая тем самым влияние на величину сварочного тока. Суть данной схемы заключается в поддержании определенного равновесия и значения между фактическим и заданным током, обеспечивая его стабильное состояние.

Характеристики и особенности работы сварочного инвертора

Виды сварки

Сварка относится к самым эффективным методам, позволяющим надежно соединять металлические детали. Достигнуть наиболее качественных результатов в создании разнообразных конструкций из металла можно с помощью инвертора.

Данный инструмент широко применяется не только в производственных целях, но и в бытовых условиях. Поэтому важно понимать принцип работы сварочного инвертора.

Устройство и основные характеристики инверторов

Еще совсем недавно подобные агрегаты были достаточно простыми по схеме работы. Со временем аппарат был существенно модернизирован и дополнен электроникой.

В результате такие характеристики инверторных аппаратов, как его эффективность и функциональность существенно повысились. А самое главное, в процессе подобных модификаций, устройство не стало стоить дороже.

Как показывают современные тенденции, цена на аппарат, наоборот, снизилась, что не может не радовать сварщиков.

Устройство сварочного инвертора очень схоже с блоками питания, используемыми в компьютерах.

Вольт амперная характеристика инвертора для сварки.

Их схожесть заключается в принципе преобразования энергии, которое осуществляется в соответствии со следующими основными этапами:

выпрямление переменного напряжения электросети 220 В;
преобразование напряжения в переменное высокой частоты;
снижение высокочастотного U;
выпрямление пониженного напряжения.

Выше лишь кратко перечислены основные действия данного прибора. Как видно, импульсные блоки питания персональных компьютеров выполняют такие же операции, что известно даже чайникам.

Раньше главным узлом сварочного устройства являлся мощный трансформатор. Он также позволял понижать входное напряжение и снимать со вторичной обмотки большие токи, величина которых могла достигать сотен ампер. Данных параметров было вполне достаточно, чтобы осуществлять сварку.

Недостатком такого агрегата является слишком большой вес, делающий мобильность инструмента минимальной. С целью уменьшения габаритов и веса были разработаны инверторы.

Из чего состоит данный узел? Главными элементами тут являются транзисторы, подключенные к понижающему трансформатору. Они переключаются со значительно большей частотой вплоть до 80 кГц. Это позволяет уменьшить размеры трансформатора до минимума. В то же время их мощность остается такой же высокой, как и у больших собратьев.

Однако напряжение в сварочном инверторе должно быть постоянным. В этих целях используется выпрямитель, представленный диодным мостом и конденсаторами, работающими на сглаживание выходного напряжения.

Принцип работы устройства

Принцип работы сварочного аппарата с инвертором основан на преобразовании токов высокой частоты до необходимой величины. Это и есть основное отличие от традиционного трансформаторного устройства.

В следствие того, что токи преобразуются непосредственно перед процедурой сварки, подобные устройства отличаются относительно малыми габаритами и весом.

Всем известно, в бытовой электросети величина напряжения составляет 220 вольт, а частота переменного тока – 50 Гц. Такие значения не подходят для проведения сварочных работ.

Аппарат инверторного типа позволяет обеспечить необходимые значения, подходящие для розжига дуги и поддержания ее горения.

Важным моментом является возможность инверторной схемы обеспечивать указанные величины питания в широком диапазоне значений, что позволяет сваривать металлы в различных условиях.

Принцип работы инвертора для сварки.

Внутреннее устройство прибора предполагает наличие выпрямителя. Он запитывается от обычной бытовой электросети. Его главная задача: преобразование переменного тока в постоянный. Во время данного процесса напряжение не изменяется. Далее блок устройства выполняет обратное преобразование.

В результате указанных операций, частота тока значительно увеличивается. Вместо стандартного значения в 50, оно повышается до нескольких десятков тысяч герц. Такие большие величины достигаются благодаря использованию тиристоров и транзисторов.

В результате, на трансформатор поступает напряжение с высокой частотой. Далее происходит увеличение силы тока за счет снижения напряжения. Трансформаторы, позволяющие осуществить такой переход, отличаются незначительным весом и размерами.

В результате сварочные аппараты стали более мобильными. Такие устройства проще использовать в бытовых целях, например, в маленькой мастерской, на даче или даже дома.

Стоит отметить, что современные устройства отличаются высоким коэффициентом полезного действия, вплоть до 90 процентов.

Раньше данные приборы имели более простое устройство, очень близкое к описанному выше. Однако современные конструкции предусматривают наличие дополнительной электроники, повышающей функциональность инструмента.

Достаточно часто используются различные электронные узлы, на основе микропроцессоров. В результате осуществляется контроль напряжения и тока. Если их значения отклоняются от оптимальных, тогда они корректируются.

Таким образом, оборудование может функционировать без сбоев, а также повышается диапазон выбора параметров сварки.

Технические параметры

Итак, как работает инверторный сварочный аппарат – понятно. Данный принцип остается неизменным для всех типов таких устройств. Тем не менее на рынке доступно большое количество различных моделей, представленных как отечественным производителем, так и зарубежными компаниями.

Хотя принцип действия инверторных сварочных аппаратов остается неизменным, некоторые характеристики все же отличаются, а именно:

величина сварочного тока может варьироваться в широком диапазоне значений: профессиональным устройствам свойственны широкие интервалы, а вот бытовым вариантам более узкие;
продолжительность включения, показывающая длительность работы на выбранном токе без перерывов.
холостой ход;
напряжение электросети.

Таким образом, характеристики будут зависеть от параметров выходного выпрямителя, а также преобразователя частоты тока.

Еще к немаловажным критериям относится мощность прибора. В промышленных агрегатах она может быть очень высокой и достигать двадцати киловатт. Конечно же, использовать подобное оборудование в бытовых целях невозможно. Простая электросеть попросту не рассчитана на подобные нагрузки.

Характеристики сварочного инвертора.

Стоит понимать: стоимость инструмента будет зависеть от мощности. Чем она выше, тем больше придется заплатить.

Практически все современные типы подобных устройств способны осуществлять следующие виды сварки:

полуавтоматическая в среде инертных или активных газов, так называемая MIG/MAG;
ручная дуговая с применением электродов;
аргонодуговая в среде защитного газа.

В случае использования устройств в последнем типе сварки, инверторы могут комплектоваться дополнительными функциями. К таким относится возможность постепенного снижения силы тока, бесконтактное зажигание дуги, сварка в импульсном режиме, регулировка длительности обдува поверхности газом и т.д.

Процесс сварки в ручном режиме становится более простым и комфортным из-за наличия функции форсажа дуги – ее розжига простым касанием поверхности соединяемых металлических частей конструкции.

В инверторах могут быть реализованы и другие функции. Все они призваны сделать процесс сварки более простым. Тут важно понимать: количество «наворотов» устройства неукоснительно ведет к увеличению его стоимости.

Работа в среде инертных газов также может быть облегчена некоторыми дополнительными возможностями агрегата.

«мягкий финиш» — автоматическое дожигание проволоки после окончания ее подачи;
«синергетика» – автоматическое «подстраивание» параметров сварки под значения, заранее заданные мастером;
«2/ такта» – возможность переключения подачи проволоки с автоматического режима на ручной и обратно;
«индуктивность» – позволяет понизить количество разбрызгиваемого металла, а также контролировать ширину шва и стабильность дуги.

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.

Выше перечислены лишь основные плюсы. На деле, каждый откроет для себя еще больше положительных сторон использования подобного инструмента.

В любом случае повышенный комфорт сварки и возможность выполнения более качественной работы по достоинству оценит любой сварщик.

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.

Один из самых больших минусов – это дорогой ремонт. В основе работы прибора заложен транзисторный блок, стоимость которого может достигать четверти стоимости самого инструмента. Таким образом, окончание срока гарантийного обслуживания сопряженно со значительными тратами в случае поломки.

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.

Принцип работы сварки с использованием инвертора вместо трансформатора обладает рядом достоинств. Благодаря им подобное оборудование широко применяется и в промышленности и бытовых условиях.

В данной статье достаточно детально рассмотрено устройство такого аппарата. Эта информация позволит не только разобраться с основами работы инвертора, но и поможет при выборе и покупке инверторной сварки.

Читайте также: