Передняя панель сварочного инвертора

Обновлено: 20.09.2024

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.

Принципиальная схема сварочного инвертора: разбираемся в деталях

Схема сварочного инвертора в корне отличается от устройства его предшественника – сварочного трансформатора. Основой конструкции прежних сварочных аппаратов был трансформатор понижающего типа, что делало их габаритными и тяжелыми. Современные сварочные инверторы благодаря использованию при их производстве передовых разработок – это легкие и компактные устройства, отличающиеся широкими функциональными возможностями.

Сварочный инвертор без крышки

Основным элементом электрической схемы любого сварочного инвертора является импульсный преобразователь, вырабатывающий ток высокой частоты. Именно благодаря этому использование инвертора дает возможность легко зажигать сварочную дугу и поддерживать ее в стабильном состоянии на всем протяжении сварки. Схема сварочного инвертора в зависимости от модели может иметь определенные особенности, но принцип его работы, который будет рассмотрен ниже, остается неизменным.

Какие виды инверторов представлены на современном рынке

Для определенного типа сварки следует правильно выбирать инверторное оборудование, каждый вид которого обладает специфической электрической схемой и, соответственно, особыми техническими характеристиками и функциональными возможностями.

Инверторы, которые выпускают современные производители, могут одинаково успешно использоваться как на производственных предприятиях, так и в быту. Разработчики постоянно совершенствуют принципиальные электрические схемы инверторных аппаратов, что позволяет наделять их новыми функциями и улучшать их технические характеристики.

Количество разъемов и органов управления на передней панели во многом говорят об возможностях сварочного инвертора

Инверторные устройства в качестве основного оборудования широко используются для выполнения следующих технологических операций:

сварки по полуавтоматической и автоматической технологиям;
плазменной резки и др.

Кроме того, инверторные аппараты являются наиболее эффективным типом оборудования, которое используется для сварки алюминия, нержавеющей стали и других сложносвариваемых металлов. Сварочные инверторы, вне зависимости от особенностей своей электрической схемы, позволяют получать качественные, надежные и аккуратные сварные швы, выполняемые по любой технологии. При этом, что важно, компактный и не слишком тяжелый инверторный аппарат при необходимости можно в любой момент легко перенести в то место, где будут выполняться сварочные работы.

Мобильность – одно из преимуществ инверторных аппаратов

Что включает в себя конструкция сварочного инвертора

Схема сварочного инвертора, которая определяет его технические характеристики и функциональность, включает в себя такие обязательные элементы, как:

блок, обеспечивающий электрическим питанием силовую часть устройства (он состоит из выпрямителя, емкостного фильтра и нелинейной зарядной цепи);
силовая часть, выполненная на базе однотактного конвертора (в данную часть электрической схемы также входят силовой трансформатор, вторичный выпрямитель и выходной дроссель);
блок питания элементов слаботочной части электрической схемы инверторного аппарата;
ШИМ-контроллер, который включает в себя трансформатор тока и датчик тока нагрузки;
блок, отвечающий за термозащиту и управление охлаждающими вентиляторами (в данный блок принципиальной схемы входят вентиляторы инвертора и температурные датчики);
органы управления и индикации.

Как работает сварочный инвертор

Формирование тока большой силы, при помощи которого создается электрическая дуга для расплавления кромок соединяемых деталей и присадочного материала, – это то, для чего предназначен любой сварочный аппарат. Для этих же целей необходим и инверторный аппарат, позволяющий формировать сварочный ток с большим диапазоном характеристик.

В наиболее простом изложении принцип работы инвертора выглядит так.

Переменный ток с частотой 50 Гц из обычной электрической сети поступает на выпрямитель, где происходит его преобразование в постоянный.
После выпрямителя постоянный ток сглаживается при помощи специального фильтра.
Из фильтра постоянный ток поступает непосредственно на инвертор, в задачу которого входит опять преобразовать его в переменный, но уже с более высокой частотой.
После этого при помощи трансформатора понижают напряжение переменного высокочастотного тока, что дает возможность увеличить его силу.

Блок-схема сварочного аппарата инверторного типа

Для того чтобы понять, какое значение имеет каждый элемент принципиальной электрической схемы инверторного аппарата, стоит рассмотреть его работу подробнее.

Процессы, протекающие в электрической схеме сварочного инвертора

Схема сварочного аппарата инверторного типа позволяет увеличивать частоту тока со стандартных 50 Гц до 60–80 кГц. Благодаря тому, что на выходе такого устройства регулировке подвергается высокочастотный ток, для этого можно эффективно использовать компактные трансформаторы. Увеличение частоты тока происходит в той части электрической схемы инвертора, где расположен контур с мощными силовыми транзисторами. Как известно, на транзисторы подается только постоянный ток, для чего и необходим выпрямитель на входе аппарата.

Принципиальная схема заводского сварочного инвертора «Ресанта» (нажмите, чтобы увеличить)

Схема инвертора от немецкого производителя FUBAG с рядом дополнительных функций (нажмите, чтобы увеличить)

Пример принципиальной электрической схемы сварочного инвертора для самостоятельного изготовления (нажмите, чтобы увеличить)

Принципиальная электрическая схема инверторного устройства состоит из двух основных частей: силового участка и цепи управления. Первым элементом силового участка схемы является диодный мост. Задача такого моста как раз и состоит в том, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный.

В постоянном токе, преобразованном из переменного в диодном мосту, могут возникать импульсы, которые необходимо сглаживать. Для этого после диодного моста устанавливается фильтр, состоящий из конденсаторов преимущественно электролитического типа. Важно знать, что напряжение, которое выходит из диодного моста, примерно в 1,4 раза больше, чем его значение на входе. Диоды выпрямителя при преобразовании переменного тока в постоянный очень сильно нагреваются, что может серьезно сказаться на их работоспособности.

Компоненты сварочного инвертора на примере самодельного аппарата

Чтобы защитить их, а также другие элементы выпрямителя от перегрева, в данной части электрической схемы используют радиаторы. Кроме того, на сам диодный мост устанавливается термопредохранитель, в задачу которого входит отключение электропитания в том случае, если диодный мост нагрелся до температуры, превышающей 80–90 градусов.

Высокочастотные помехи, создаваемые при работе инверторного устройства, могут через его вход попасть в электрическую сеть. Чтобы этого не произошло, перед выпрямительным блоком схемы устанавливается фильтр электромагнитной совместимости. Состоит такой фильтр из дросселя и нескольких конденсаторов.

Блок питания инвертора

Сам инвертор, который преобразует уже постоянный ток в переменный, но обладающий значительно более высокой частотой, собирается из транзисторов по схеме «косой мост». Частота переключения транзисторов, за счет которых и происходит формирование переменного тока, может составлять десятки или сотни килогерц. Полученный таким образом высокочастотный переменный ток имеет амплитуду прямоугольной формы.

Получить на выходе устройства ток достаточной силы для того, чтобы можно было с его помощью эффективно выполнять сварочные работы, позволяет понижающий напряжение трансформатор, установленный за инверторным блоком. Для того чтобы получить с помощью инверторного аппарата постоянный ток, после понижающего трансформатора подключают мощный выпрямитель, также собранный на диодном мосту.

Транзисторы для силового модуля сварочного инвертора

Элементы защиты инвертора и управления им

Избежать влияния негативных факторов на работу инвертора позволяют несколько элементов в его принципиальной электрической схеме.

Для того чтобы транзисторы, которые преобразуют постоянный ток в переменный, не сгорели в процессе своей работы, используются специальные демпфирующие (RC) цепи. Все блоки электрической схемы, которые работают под большой нагрузкой и сильно нагреваются, не только обеспечены принудительным охлаждением, но также подключены к термодатчикам, отключающим их питание в том случае, если температура их нагрева превысила критическое значение.

Радиаторы и вентиляторы системы охлаждения занимают значительное пространство внутри инвертора

Из-за того, что конденсаторы фильтра после своей зарядки могут выдавать ток большой силы, который в состоянии сжечь транзисторы инвертора, аппарату необходимо обеспечить плавный пуск. Для этого используют стабилизаторные устройства.

В схеме любого инвертора имеется ШИМ-контроллер, который отвечает за управление всеми элементами его электрической схемы. От ШИМ-контроллера электрические сигналы поступают на полевой транзистор, а от него – на разделительный трансформатор, имеющий одновременно две выходные обмотки. ШИМ-контроллер посредством других элементов электрической схемы также подает управляющие сигналы на силовые диоды и силовые транзисторы инверторного блока. Для того чтобы контроллер мог эффективно управлять всеми элементами электрической схемы инвертора, на него также необходимо подавать электрические сигналы.

Для выработки таких сигналов используется операционный усилитель, на вход которого подается формируемый в инверторе выходной ток. При расхождении значений последнего с заданными параметрами операционный усилитель и формирует управляющий сигнал на контроллер. Кроме того, на операционный усилитель поступают сигналы от всех защитных контуров. Это необходимо для того, чтобы он смог отключить инвертор от электропитания в тот момент, когда в его электрической схеме возникнет критическая ситуация.

Достоинства и недостатки сварочных аппаратов инверторного типа

Инверторные сварочные аппараты, которые пришли на смену привычным всем трансформаторам, обладают рядом весомых преимуществ.

Благодаря совершенно иному подходу к формированию и регулированию сварочного тока масса таких устройств составляет всего 5–12 кг, в то время как сварочные трансформаторы весят 18–35 кг.
Инверторы обладают очень высоким КПД (порядка 90%). Это объясняется тем, что в них расходуется значительно меньше лишней энергии на нагрев составных частей. Сварочные трансформаторы, в отличие от инверторных устройств, очень сильно греются.
Инверторы благодаря такому высокому КПД потребляют в 2 раза меньше электрической энергии, чем обычные трансформаторы для сварки.
Высокая универсальность инверторных аппаратов объясняется возможностью регулировать с их помощью сварочный ток в широких пределах. Благодаря этому одно и то же устройство можно использовать для сварки деталей из разных металлов, а также для ее выполнения по разным технологиям.
Большинство современных моделей инверторов наделены опциями, которые минимизируют влияние ошибок сварщика на технологический процесс. К таким опциям, в частности, относятся «Антизалипание» и «Форсирование дуги» (быстрый розжиг).
Исключительная стабильность напряжения, подаваемого на сварочную дугу, обеспечивается за счет автоматических элементов электрической схемы инвертора. Автоматика в данном случае не только учитывает и сглаживает перепады входного напряжения, но и корректирует даже такие помехи, как затухание сварочной дуги из-за сильного ветра.
Сварка с использованием инверторного оборудования может выполняться электродами любого типа.
Некоторые модели современных сварочных инверторов имеют функцию программирования, что позволяет точно и оперативно настраивать их режимы при выполнении работ определенного типа.

Как у любых сложных технических устройств, у сварочных инверторов есть и ряд недостатков, о которых также необходимо знать.

Инверторы отличаются высокой стоимостью, на 20–50% превышающей стоимость обычных сварочных трансформаторов.
Наиболее уязвимыми и часто выходящими из строя элементами инверторных устройств являются транзисторы, стоимость которых может составлять до 60% цены всего аппарата. Соответственно, ремонт сварочного инвертора является достаточно дорогостоящим мероприятием.
Инверторы из-за сложности их принципиальной электрической схемы не рекомендуется использовать в плохих погодных условиях и при отрицательных температурах, что серьезно ограничивает область их применения. Для того чтобы применять такое устройство в полевых условиях, необходимо подготовить специальную закрытую и отапливаемую площадку.

При сварочных работах, выполняемых с использованием инвертора, нельзя использовать длинные провода, так как в них наводятся помехи, отрицательно отражающиеся на работе устройства. По этой причине провода для инверторов делают достаточно короткими (порядка 2 метров), что вносит в сварочные работы некоторое неудобство.

Что такое сварочный инвертор: всё о компактных сварочниках

Инвертор, пришедший на смену обычным сварочным трансформаторам, – это современное электронное устройство, характеристики которого позволяют использовать его для выполнения сварочных работ по различным технологиям. Кроме основных характеристик, свойственных сварочным аппаратам трансформаторного типа, инверторы обладают и рядом дополнительных возможностей, что делает их использование более удобным и значительно расширяет их технические возможности. Благодаря этому такое оборудование одинаково успешно может быть использовано как в производственных, так и домашних условиях.

Инвертор сварочный «Сварог» ARC-200

Как работает сварочный аппарат инверторного типа

Инвертор благодаря своим техническим характеристикам может применяться для выполнения сварки электродами различных типов. Отличают такой аппарат компактные размеры, а также легкий вес, что делает его очень мобильным, в отличие от тяжелых и крупногабаритных трансформаторов. Удобно и то, что такой сварочник может вырабатывать как постоянный, так и переменный ток.

Для того чтобы понять, какими преимуществами обладает инвертор, необходимо разобраться в том, как он работает. В основу работы этого аппарата, который начал приобретать массовую популярность только в начале XXI века, заложен совершенно иной принцип в сравнении с функционированием обычного сварочного трансформатора.

Принципиальная схема сварочного инвертора «Дуга-200» (нажмите для увеличения)

Переменный ток, подаваемый на инвертор из обычной электрической сети, сначала выпрямляется, проходя через диодный мост, которым оснащена электрическая схема устройства. После выпрямления уже постоянный ток поступает на силовые транзисторы, которые преобразуют его обратно в переменный, но обладающий повышенной частотой. Чтобы снизить величину напряжения высокочастотного переменного тока и получить сварочный ток требуемой силы, в электрической схеме инвертора используется трансформатор.

Поскольку понижение напряжения высокочастотного тока осуществляется не по такому принципу, как в обычном сварочном аппарате, для этого нет необходимости использовать габаритные трансформаторы, вполне достаточно компактного устройства. После понижения напряжения и увеличения силы тока до требуемой величины его подают на выходной выпрямитель, в котором он преобразуется в постоянный.

Органы управления инвертором на примере аппарата «Форсаж» (нажмите для увеличения)

Использование высокочастотного тока, вырабатываемого инвертором, не только позволяет значительно уменьшить габариты устройства, но и положительно сказывается на процессе горения сварочной дуги, которая отличается высокой стабильностью. Такой сварочный аппарат отличается высоким КПД, так как в нем энергия не расходуется впустую на нагрев трансформаторного железа.

Упрощенная схема работы сварочного инвертора

Таким образом, любое инверторное устройство состоит из таких конструктивных элементов, как:

выпрямитель, собранный на основе диодного моста (данный блок электрической схемы отвечает за выпрямление переменного тока, поступающего из электрической сети);
сам инвертор, являющийся генератором высокочастотных электрических импульсов (основу данного блока составляют транзисторы, открывающиеся и закрывающиеся с высокой частотой);
понижающий трансформатор, который решает задачу понижения высокочастотного напряжения и, соответственно, увеличения силы сварочного тока;
выпрямитель выходного тока, обладающего высокой частотой (такой выпрямитель, как и входной блок, собран на основе диодного моста);
специальный электронный блок, предусмотренный для управления режимами работы инверторного аппарата.

Технические возможности инверторных аппаратов

Любой инвертор, являясь сварочным аппаратом, служит для того, чтобы обеспечивать розжиг сварочной дуги и поддерживать ее горение в стабильном состоянии. За счет особенностей своей конструкции инверторный аппарат отлично справляется с такой задачей. Кроме основной функции, современные модели инверторов наделены рядом дополнительных опций, делающих их использование максимально удобным и комфортным. Сюда относятся:

«Горячий старт» (данная опция позволяет быстрее зажигать сварочную дугу, что осуществляется за счет подачи на электрод дополнительного электрического импульса);
«Форсаж дуги» (эта функция предполагает, что при резком приближении электрода к поверхности свариваемых деталей автоматически возрастает сила сварочного тока, что препятствует залипанию электрода в такой ситуации);
«Антизалипание» (данная опция работает следующим образом: при залипании электрода к нему перестает подаваться электрический ток; начинает он поступать только тогда, когда электрод оторван от поверхности соединяемых деталей).

Передняя панель сварочного инвертора «БИМАрк-170»

Некоторые модели инверторных аппаратов также оснащены индикаторами перегрева и опцией автоматического отключения в том случае, если перегрев все-таки произошел. Эта полезная функция предохраняет такое дорогостоящее устройство, каким является инвертор, от перегорания и, как следствие, от затратного ремонта.

Дополнительные опции, описанные выше, особенно полезны для начинающих сварщиков, так как позволяют минимизировать влияние уровня квалификации специалиста на качество выполнения сварки.

Виды инверторов на современном рынке

Сварочные инверторы, представленные на современном рынке, можно разделить на два основных типа.

Такое устройство, как бытовой инвертор, предназначено для выполнения периодических сварочных работ. Стоят эти аппараты недорого, но эксплуатировать их можно время от времени, для интенсивной ежедневной работы они не предназначены. Оптимальными такие инверторы являются в том случае, если вам иногда необходимо выполнять несложные и непродолжительные сварочные работы. Большинство подобных устройств производится в Китае.

Такое оборудование предназначено для ежедневного многочасового использования, его конструкция изначально рассчитана на активную эксплуатацию. Стоимость этих инверторов, естественно, достаточно велика, но она адекватна их качественным характеристикам.

На рынке также представлены полупрофессиональные инверторные устройства, находящиеся по своим техническим характеристикам и стоимости между бытовым и профессиональным оборудованием. Кроме вышеперечисленных типов, существуют универсальные устройства, которые также называют комбинированными. Универсальность их состоит в том, что с их помощью можно выполнять сварку по различным технологиям. Такое инверторное оборудование из-за своей широкой функциональности также относится к категории профессионального.

Технические характеристики инверторных устройств

Выбирая инвертор, в первую очередь ориентируются не на его стоимость, а на его технические характеристики. От того, насколько правильно они будут подобраны, зависит, сможете ли вы использовать такое устройство для выполнения тех работ, для которых оно приобретается.

Важнейшей характеристикой любого сварочного аппарата (и инвертор не является исключением) считается сила тока, которую позволяет получить такое оборудование. Данный параметр оказывает влияние на то, какой толщины детали вы сможете варить при помощи инверторного устройства. Нет смысла переплачивать за мощный аппарат, если использовать его вы планируете только для сварки нетолстых деталей из черного металла.

Зависимость сварочного тока и используемых электородов от толщины металла

Важным параметром является не только максимальное значение сварочного тока, но и его минимальное значение. На минимальной силе тока выполняют сварку тонколистового металла. Необходимо также учитывать и то, каким образом регулируется сварочный ток – по ступенчатой или плавной схеме. Регулировка тока по плавной схеме, естественно, является более удобной.

На легкость зажигания сварочной дуги оказывает ключевое влияние такой параметр, как напряжение холостого хода. Чем оно выше, тем легче будет зажигаться дуга.

Тип электрического тока, которым питается инверторное устройство, – еще один параметр, который следует обязательно учитывать. На современном рынке представлены инверторы, которые могут работать от сети электрического тока с напряжением 220 и 380 В. Естественно, что для бытового использования целесообразнее выбирать оборудование, работающее от сети с напряжением 220 В.

Достоинства и недостатки инверторов

Высокая популярность инверторов объясняется целым рядом достоинств, которыми они обладают.

Инверторы отличаются высокой мощностью и широким диапазоном регулирования сварочного тока.
— Даже при выполнении работ специалистом не слишком высокой квалификации инверторные устройства позволяют получать сварные швы высокого качества, надежности и привлекательного внешнего вида.
Инверторы отличаются компактными размерами и незначительным весом.
— Устройства данного типа имеют высокий КПД и, как следствие, экономно потребляют электрическую энергию.
Расплавленный металл в процессе выполнения сварки инвертором разбрызгивается очень незначительно, что способствует экономии расходных материалов и формированию аккуратных сварных швов.
Неоспорима универсальность инверторных аппаратов, благодаря чему их можно использовать для выполнения сварки по разным технологиям.

Есть у инверторов и недостатки, к наиболее значимым из которых относятся следующие.

Инверторы стоят довольно дорого, если сравнивать их с обычными сварочными трансформаторами.
В случае выхода из строя инверторные устройства очень дороги в обслуживании.
Инверторы, основу конструкции которых составляют сложные электронные схемы, очень критично реагируют на пыль, повышенную влажность и низкие температуры. Именно поэтому область использования таких устройств достаточно сильно ограничена. Для их безаварийной работы необходимо создавать специальные условия и уделять их техническому обслуживанию достаточно много времени (чистка от пыли и др.).
В комплекте с инверторными устройствами могут быть использованы провода, длина которых не превышает 2,5 метров. Такие короткие провода также относятся к факторам, серьезно ограничивающим область применения инверторов.

В целом, если взвешивать все за и против использования инверторов для выполнения сварки, преимуществ будет значительно больше. Конструкция оборудования обеспечивает быстрое зажигание сварочной дуги и ее стабильное горение в процессе выполнения работ, а благодаря своим техническим возможностям инверторы позволяют получать качественные, надежные и аккуратные соединения с электродами любого типа.

Сварочный инвертор своими руками: схемы и инструкция по сборке

Изготовить сварочный инвертор своими руками, даже не обладая глубокими знаниями в электронике и электротехнике, вполне возможно, главное – строго придерживаться схемы и постараться хорошо разобраться в том, по какому принципу работает такое устройство. Если сделать инвертор, технические характеристики и КПД которого будут мало отличаться от аналогичных параметров серийных моделей, можно сэкономить приличную сумму.

Самодельный сварочный инвертор

Не следует думать, что самодельный аппарат не даст вам возможности эффективно проводить сварочные работы. Такое устройство, даже собранное по простой схеме, позволит вам выполнять сварку электродами диаметром 3–5 мм и на длине дуги, равной 10 мм.

Характеристики самодельного инвертора и материалы для его сборки

Собрав сварочный инвертор своими руками по достаточно простой электрической схеме, вы получите эффективное устройство, обладающее следующими техническими характеристиками:

величина потребляемого напряжения – 220 В;
сила тока, поступающего на вход аппарата, – 32 А;
сила тока, формируемого на выходе устройства, – 250 А.

Схема сварочного аппарата инверторного типа с такими характеристиками включает следующие элементы:

блок питания;
драйверы силовых ключей;
силовой блок.

Прежде чем начать собирать самодельный инвертор, надо подготовить рабочие инструменты и элементы для создания электронных схем. Так, вам понадобятся:

набор отверток;
паяльник для соединения элементов электронных схем;
нож;
ножовка для работы по металлу;
резьбовые крепежные элементы;
листовой металл небольшой толщины:
элементы, из которых будут формироваться электронные схемы;
медные провода и полосы – для намотки трансформаторов;
термобумага от кассового аппарата;
стеклоткань;
текстолит;
слюда.

Для домашнего использования чаще всего собирают инверторы, работающие от стандартной электрической сети с напряжением 220 В. Однако при необходимости можно сделать устройство, которое будет работать от трехфазной электрической сети с напряжением 380 В. Такие инверторы имеют свои преимущества, наиболее важным из которых является более высокий КПД, по сравнению с однофазными аппаратами.

Блок питания

Одним из важнейших элементов блока питания сварочного инвертора является трансформатор, который мотается на феррите Ш7х7 или 8х8. Это устройство, обеспечивающее подачу стабильного напряжения, формируется из 4 обмоток:

первичной (100 витков провода ПЭВ диаметром 0,3 мм);
первой вторичной (15 витков провода ПЭВ диаметром 1 мм);
второй вторичной (15 витков провода ПЭВ диаметром 0,2 мм);
третьей вторичной (20 витков провода ПЭВ диаметром 0,3 мм).

Чтобы минимизировать негативное влияние перепадов напряжения, регулярно возникающих в электрической сети, намотку обмоток трансформатора следует выполнять по всей ширине каркаса.

Процесс намотки силового трансформатора

После выполнения первичной обмотки и изоляции ее поверхности при помощи стеклоткани, на нее наматывают слой экранирующего провода, витки которого должны ее полностью перекрывать. Витки экранирующего провода (он должен иметь такой же диаметр, как и провод первичной обмотки) выполняются в том же направлении. Такое правило актуально и для всех остальных обмоток, формируемых на каркасе трансформатора. Поверхности всех обмоток, наматываемых на каркас трансформатора, также изолируются друг от друга при помощи стеклоткани или обычного малярного скотча.

Чтобы величина напряжения, поступающего от блока питания на реле, находилась в пределах 20–25 В, необходимо подобрать резисторы для электронной схемы. Основной функцией блока питания сварочного инвертора является преобразование переменного тока в постоянный. Для этих целей в блоке питания используются диоды, собранные по схеме «косого моста».

Схема блока питания инвертора (нажмите для увеличения)

В процессе работы диоды такого моста сильно нагреваются, поэтому их обязательно надо монтировать на радиаторах, в качестве которых можно использовать охлаждающие элементы от старых компьютеров. Для монтажа диодного моста необходимо использовать два радиатора: верхняя часть моста через слюдяную прокладку крепится к одному радиатору, нижняя через слой термопасты – ко второму.

Выводы диодов, из которых сформирован мост, должны быть направлены в ту же сторону, что и выводы транзисторов, при помощи которых постоянный ток будет преобразовываться в высокочастотный переменный. Провода, соединяющие эти выводы, должны быть не длиннее 15 см. Между блоком питания и инверторным блоком, основу которого и составляют транзисторы, располагается лист металла, прикрепляемый к корпусу аппарата при помощи сварки.

Закрепление диодов на радиаторе

Силовой блок

Основой силового блока сварочного инвертора является трансформатор, за счет которого снижается величина напряжения высокочастотного тока, а его сила – увеличивается. Для того чтобы сделать трансформатор для такого блока, необходимо подобрать два сердечника Ш20х208 2000 нм. Для обеспечения зазора между ними можно использовать газетную бумагу.

Обмотки такого трансформатора выполняются не из провода, а из медной полосы толщиной 0,25 мм и шириной 40 мм.

Каждый ее слой для обеспечения термоизоляции обматывается лентой от кассового аппарата, которая демонстрирует хорошую износоустойчивость. Вторичная обмотка трансформатора формируется из трех слоев медных полос, которые изолируются между собой при помощи фторопластовой ленты. Характеристики обмоток трансформатора должны соответствовать следующим параметрам: 12 витков х 4 витка, 10 кв. мм х 30 кв. мм.

Многие пытаются сделать обмотки понижающего трансформатора из толстого медного провода, но это неверное решение. Такой трансформатор работает на токах высокой частоты, которые вытесняются на поверхность проводника, не нагревая его внутреннюю часть. Именно поэтому для формирования обмоток оптимальным вариантом является проводник с большой площадью поверхности, то есть широкая медная полоса.

Самодельный выходной дроссель инвертора

В качестве термоизоляционного материала можно использовать и обычную бумагу, но она менее износоустойчива, чем лента от кассового аппарата. От повышенной температуры такая лента потемнеет, но ее износоустойчивость от этого не пострадает.

Трансформатор силового блока в процессе своей работы будет сильно нагреваться, поэтому для его принудительного охлаждения необходимо использовать кулер, в качестве которого может быть применено устройство, ранее использовавшееся в системном блоке компьютера.

Инверторный блок

Даже простой сварочный инвертор должен выполнять свою основную функцию – преобразовывать постоянный ток, сформированный выпрямителем такого аппарата, в переменный ток высокой частоты. Для решения этой задачи применяются силовые транзисторы, открывающиеся и закрывающиеся с высокой частотой.

Принципиальная схема инверторного блока (нажмите для увеличения)

Инверторный блок аппарата, отвечающий за преобразование постоянного тока в высокочастотный переменный, лучше собирать на основе не одного мощного транзистора, а нескольких менее мощных. Такое конструктивное решение позволит стабилизировать частоту тока, а также минимизировать шумовые эффекты при выполнении сварочных работ.

В электронной схеме сварочного инвертора также присутствуют конденсаторы, соединенные последовательно. Они необходимы для решения двух основных задач:

минимизации резонансных выбросов трансформатора;
снижения потерь в транзисторном блоке, возникающих при его выключении и обусловленных тем, что транзисторы открываются гораздо быстрее, чем закрываются (в этот момент и могут возникать потери тока, сопровождаемые нагреванием ключей транзисторного блока).

Собранная электронная часть инвертора

Система охлаждения

Силовые элементы схемы самодельного сварочного инвертора сильно нагреваются в процессе работы, что может привести к их выходу из строя. Чтобы этого не произошло, кроме радиаторов, на которых монтируют наиболее нагревающиеся блоки, необходимо использовать вентиляторы, отвечающие за охлаждение.

Если у вас имеется в наличии мощный вентилятор, можно обойтись и им одним, направив поток воздуха от него на понижающий силовой трансформатор. Если же вы используете маломощные вентиляторы от старых компьютеров, их потребуется порядка шести штук. Одновременно три таких вентилятора следует установить рядом с силовым трансформатором, направив поток воздуха от них на него.

Мощный вентилятор обеспечит хорошее охлаждение элементов устройства

Для предотвращения перегрева самодельного сварочного инвертора следует также использовать термодатчик, установив его на самый нагревающийся радиатор. Такой датчик в случае достижения радиатором критической температуры отключит поступление электрического тока на него.
Чтобы система вентиляции инвертора работала эффективно, в его корпусе должны присутствовать правильно выполненные заборщики воздуха. Решетки таких заборщиков, через которые внутрь устройства будут поступать потоки воздуха, не должны ничем перекрываться.

Сборка инвертора своими руками

Для самодельного инверторного устройства необходимо подобрать надежный корпус или сделать его самостоятельно, используя для этого листовой металл толщиной не менее 4 мм. В качестве основания, на котором будет смонтирован трансформатор сварочного инвертора, можно использовать лист гетинакса толщиной не менее 0,5 см. Сам трансформатор крепится на таком основании при помощи скоб, которые можно изготовить своими руками из медной проволоки диаметром 3 мм.

Раздвижной корпус заводского изготовления

Для создания электронных плат устройства можно использовать фольгированный текстолит толщиной 0,5–1 мм. При монтаже магнитопроводов, которые в процессе работы будут нагреваться, надо предусматривать зазоры между ними, необходимые для свободной циркуляции воздуха.

Для автоматического управления работой сварочного инвертора вам потребуется приобрести и установить в него ШИМ-контроллер, который будет отвечать за стабилизацию силы сварочного тока и величины напряжения. Чтобы вам было удобно работать с вашим самодельным аппаратом, в лицевой части его корпуса необходимо смонтировать органы управления. К таким органам относятся тумблер включения устройства, ручка переменного резистора, при помощи которой регулируется сварочный ток, а также зажимы для кабелей и сигнальные светодиоды.

Пример компоновки передней панели инвертора

Диагностика самодельного инвертора и его подготовка к работе

Сделать инверторный сварочный аппарат – это половина дела. Не менее важной задачей является его подготовка к работе, в процессе которой проверяется корректность функционирования всех элементов, а также их настройка.

Первое, что требуется сделать при проверке самодельного сварочного инвертора, – это подать напряжение 15 В на ШИМ-контроллер и один из охлаждающих вентиляторов. Это позволит одновременно проверить работоспособность контроллера и избежать его перегрева в процессе выполнения такой проверки.

Проверка выходного напряжения тестером

После того как конденсаторы аппарата зарядились, к электрическому питанию подключают реле, которое отвечает за замыкание резистора. Если подать на резистор напряжение напрямую, минуя реле, может произойти взрыв. После того как реле сработает, что должно произойти в течение 2–10 секунд после подачи напряжения на ШИМ-контроллер, необходимо проверить, произошло ли замыкание резистора.

Когда реле электронной схемы сработают, на плате ШИМ должны сформироваться прямоугольные импульсы, поступающие к оптронам. Это можно проверить, используя осциллограф. Правильность сборки диодного моста устройства также необходимо проверить, для этого на него подают напряжение 15 В (сила тока при этом не должна превышать 100 мА).

Фазы трансформатора при сборке устройства могли быть неправильно подключены, что может привести к некорректной работе инвертора и возникновению сильных шумов. Чтобы этого не произошло, правильность подключения фаз необходимо проверить, для этого используется двухлучевой осциллограф. Один луч прибора подключается к первичной обмотке, второй – ко вторичной. Фазы импульсов, если обмотки подключены правильно, должны быть одинаковыми.

Использование осциллографа для диагностики инвертора

Правильность изготовления и подключения трансформатора проверяется при помощи осциллографа и подключения к диодному мосту электрических приборов с различным сопротивлением. Ориентируясь на шумы трансформатора и показания осциллографа, делают вывод о том, что необходимо доработать в электронной схеме самодельного инверторного аппарата.

Чтобы проверить, сколько можно непрерывно работать на самодельном инверторе, необходимо начать его тестировать с 10 секунд. Если при работе такой продолжительности радиаторы устройства не нагрелись, можно увеличить период до 20 секунд. Если и такой временной промежуток не сказался негативно на состоянии инвертора, можно увеличить продолжительность работы сварочного аппарата до 1 минуты.

Обслуживание самодельного сварочного инвертора

Чтобы инверторный аппарат служил длительное время, его необходимо правильно обслуживать.

В том случае, если ваш инвертор перестал работать, необходимо открыть его крышку и продуть внутренности пылесосом. Те места, где осталась пыль, можно тщательно почистить при помощи кисточки и сухой тряпки.

Первое, что необходимо сделать, проводя диагностику сварочного инвертора, – это проверить поступление напряжения на его вход. Если напряжение не поступает, следует продиагностировать работоспособность блока питания. Проблема в этой ситуации также может заключаться в том, что сгорели предохранители сварочного аппарата. Еще одним слабым звеном инвертора является температурный датчик, который в случае поломки подлежит не ремонту, а замене.

Часто выходящий из строя термодатчик, находящийся обычно на диодном блоке или дросселе

Только в том случае, если вы уделяете должное внимание вопросам обслуживания инверторного устройства, можно рассчитывать на то, что оно прослужит вам долгое время и даст возможность выполнять сварочные работы максимально эффективно и качественно.

Схема работы и основные детали сварочного инвертора

Уникальные возможности инверторов и вполне понятная схема сварочного аппарата объясняют тот высокий интерес, который проявляют к ним многие пользователи.

Некоторые из них даже пытаются изготовить аппарат своими руками. Однако для того чтобы собрать сварочный аппарат в домашних условиях необходимо хотя бы приблизительно знать, что представляет собой схема инвертора.

Лишь после изучения схемного решения этого электронного прибора можно будет собрать качественный бытовой инвертор и в случае необходимости самостоятельно отремонтировать его.

Как происходит преобразование

Электрические схемы инверторных устройств от различных производителей могут отличаться небольшими деталями, однако все они работают по одному и тому же алгоритму. Основная задача встроенной электроники во всех случаях сводится к следующему:

обеспечить выпрямление входного сетевого напряжения;
преобразовать (инвертировать) его в импульсный сигнал относительно высокой частоты;
понизить уровень полученного импульсного сигнала до требуемого значения и снова выпрямить его на выходе устройства.

Основная цель этой цепочки – получить постоянный ток величины, необходимой для поддержания сварочного процесса. Причём сделать это нужно так, чтобы используемые в схеме детали позволили снизить габариты и вес всего аппарата в целом.

Поскольку электронный преобразователь состоит из полупроводниковых деталей, то поставленная перед конструкторами задача решается без особых проблем. Инвертор всегда значительно меньше по размерам, чем обычный трансформаторный преобразователь тока.

Однако схема сварочного инвертора значительно сложнее, и собрать ее своими руками с нуля практически невозможно. Можно только использовать готовые части, соединив в общую конструкцию.

Ещё одним достоинством инвертора является возможность электронного регулирования амплитудного значения тока. Это позволяет расширить возможности прибора, варить металл разной толщины, в том числе сваривать достаточно тонкие детали. Причем делать это можно без механических регуляторов, заметно уступающих по надёжности своим электронным аналогам.

Пояснения к работе аппарата

Хорошо знакомые с электроникой специалисты сразу заметят, что рассмотренный принцип преобразования используется в блоках питания большинства современных электронных приборов (в компьютерах, холодильниках, телевизорах и так далее).

Основная особенность электросхем (схемных решений) инверторов – это увеличение частоты переменного сигнала за счёт его преобразования (инвертирования).

Многим неспециалистам не вполне понятно, зачем нужно дважды преобразовывать один и тот же сигнал, сначала выпрямляя его, затем превращать в переменный, а после снова выпрямлять.

Дело в том, что размеры и вес основного узла любого сварочного аппарата – его трансформатора – определяются не только мощностью, но и частотой протекающего через обмотки тока. Чем выше рабочая частота – тем более лёгким и компактным получается сам трансформатор.

Зависимость от частоты достаточно сильна; при её четырехкратном увеличении габариты трансформаторного модуля снижаются вдвое.

Поскольку типовая схема инверторных источников сварочного тока обеспечивает повышение частоты с 50 Герц до 60-80 килогерц –выигрыш в габаритах и весе может оказаться очень существенным.

В итоге получается очень лёгкий и компактный сварочный инвертор, при изготовлении которого расходуется минимум дорогих материалов (включая дефицитную медь).

Сетевой выпрямитель

Особенности работы инвертора предполагают наличие на его входе постоянного сигнала, получаемого путём выпрямления сетевого напряжения 220 Вольт. Выпрямительный модуль состоит из классического диодного мостика и нескольких конденсаторов, обеспечивающих фильтрацию получаемых после выпрямления пульсаций.

К источнику электроэнергии, обеспечивающему электрическим питанием сварочный инвертор, выпрямитель подключён через ещё одну фильтрующую цепочку, защищающую сеть от высокочастотных помех.

Большие рабочие токи выпрямителя сильно нагревают диодный мост, вследствие чего во время работы он нуждается в непрерывном охлаждении. Один из традиционных способов снижения температуры – крепление моста на специальном радиаторе с термическим предохранителем, отключающим схему при его нагреве до 90°.

После подключения резонансного сварочного инвертора к сети, зарядный ток конденсаторов увеличивается настолько, что может вызывать пробой элементов диодного мостика.

Во избежание этого каждый сварочный инвертор должен оборудоваться схемой обеспечения плавного запуска. Для этого в неё вводятся элемент коммутации (реле) и резистор, ослабляющий уровень потребляемого тока в момент включения.

После того как инверторный аппарат выходит на рабочий режим функционирования, реле своими контактами блокирует резистор, отключая его временно от схемы.

Импульсный преобразователь

На выходе выпрямительного модуля увеличенное напряжение 310 Вольт поступает на участок схемы с транзисторами. Они в сварочном инверторе выполняют функцию импульсных ключей.

Основное функциональное назначение транзисторов – обеспечение коммутации подводимого к ним напряжения с целью получения импульсного сигнала прямоугольной формы частотой в диапазоне от 60 до 80 килогерц.

Ключевые транзисторы так же, как и диодные мостики, всегда монтируются на радиаторах, обеспечивающих возможность их постоянного охлаждения. Для защиты этих элементов от перенапряжения в схеме предусмотрены специальные демпферные RC-цепочки. Работу остальных преобразовательных модулей сварочного инвертора стоит рассмотреть отдельно.

Импульсный трансформатор

Важнейшим элементом схемы любого сварочного агрегата, определяющим особенности технологического процесса сварки, является понижающий трансформатор.

В сварочных инверторах он отличается особой компактностью. Другое существенное отличие этого узла от традиционных трансформаторов – наличие ещё одной (дополнительной) выходной обмотки, предназначенной для запитывания схемы управления.

На приёмную обмотку инверторного преобразователя поступает последовательность прямоугольных импульсов величиной порядка 310 Вольт и частотой 60-80 килогерц. При этом наводимое во вторичной обмотке напряжение снижается до 60-70 Вольт (за счёт меньшего количества витков).

Одновременно с этим величина тока в выходных цепях сварочного инвертора возрастает до 110-130 Ампер, после чего ток подвергается окончательному выпрямлению.

Выходное выпрямительное устройство

Сигнал, формируемый высокочастотным трансформатором, должен быть преобразован в постоянный ток, используемый для получения сварочной дуги. Для этого необходим выходной выпрямительный узел.

Его схема построена на основе сдвоенных диодов, отличающихся высоким быстродействием и определяющих максимальный потребляемый ток всего сварочного аппарата. Эти выходные элементы также устанавливаются на охлаждающие радиаторы.

Схема запуска устройства работает так. В момент включения напряжение питания через стабилизаторный блок подаётся на модуль управления и сразу активирует его.

После этого в работу вступают ключевые транзисторы, благодаря чему во вспомогательной обмотке трансформатора начинает действовать переменное напряжение.

Затем оно выпрямляется с помощью диодного мостика и через стабилизатор начинает самостоятельно питать управляющую схему, отключая последнюю от сетевого выпрямителя сварочного инвертора.

Управляющий модуль

Управляющая схема предназначена для координации переключений всех узлов сварочного инвертора. Её основу составляет микросхема с функцией микроконтроллера, осуществляющего широтно-импульсную модуляцию входного сигнала. Основная задача этой схемы – управление переключением инверторных транзисторов, стоящих на её выходе.

Помимо этого, в состав управляющего модуля входит ряд дополнительных элементов, облегчающих процесс формирования импульсного сигнала и управления его параметрами.

Благодаря принципиально иной схеме работы, сварочные аппараты инверторного типа позволяют получать стабильную дугу. Инвертор делает сварку компактной, быстрой и удобной.

Коэффициент полезного действия при этом возрастает почти до 90%, а потребляемая мощность снижается, что приводит к экономии электроэнергии. Применение транзисторов и диодов открывает возможности для развития сварочной техники.

Появляются аппараты с дополнительными функциями, такими, как автоматическое отключение и программирование работы.

Читайте также: