Инвертор сварочный – принцип работы. Что такое инверторный сварочный аппарат и как он работает? Сварочный аппарат конструкция

Сварочным инвертором принято называть блок питания сварочного аппарата, оснащённый инвертором. Сам по себе инвертор – это устройство, преобразующее постоянное напряжение в высокочастотное переменное.

В двух словах, происходит следующее:

• входной выпрямитель получает напряжение из электросети (220 В, 50 Гц) и постоянным током питает «косой мост» на ключевых транзисторах;
• «косой мост» формирует прямоугольные импульсы высокой частоты (до 50 КГц). Преобразование позволяет применить в схеме высокочастотный импульсный понижающий трансформатор. Этот узел, благодаря материалу сердечника, весит на порядок меньше своего 50-герцового «собрата», что положительно сказывается на общей массе девайса. А это приводит к уменьшению веса всего сварочного аппарата. Кроме того, экономится медь и другие дорогостоящие материалы, из которых изготавливается оборудование. Импульсный трансформатор понижает высокочастотное напряжение до необходимого рабочего.

Схемотехническое решение и применение в инверторе специальных компонентов, позволили сконструировать устройство, не критичное, в широких пределах, к колебаниям напряжения питающей электросети. При понижении его ниже допустимого предела — происходит отключение генератора и загорается жёлтая лампочка «авария».

В этом и заключаются две «изюминки»: малый вес и некритичность в широком диапазоне к колебаниям напряжения источника питания;

• выходной выпрямитель преобразует напряжение (уже имеющее необходимую амплитуду) в постоянное рабочее.

Внедрение указанных выше преобразований привело к тому, что в схемотехнике источника питания появилось большое количество всяких дополнительных элементов, обеспечивающих его стабильную работу.

Теперь рассмотрим принцип работы сварочного инвертора подробно.

Как работает сварочный инвертор

В качестве примера рассмотрим устройство сварочного инвертора бренда «TELWIN» (рисунки к указанному бренду отношения не имеют). Внешний вид платы с указанием расположения элементов схемы приведён на рисунке.

Схема сварочного инвертора состоит из двух основных частей: силовой и управляющей.

Силовая схема сварочного инвертора

Принципиальная схема приведена на рисунке (рисунки в статье кликабельные: для увеличения и удобства просмотра нажмите на него и он откроется в новом окне).

Электронный силовой блок состоит из следующих узлов:

• сетевой выпрямитель;
• помехозащитный фильтр;
• инвертор;
• выходной выпрямитель.

Сетевой выпрямитель

Выпрямитель состоит из:

• двухполупериодного диодного моста;
• сглаживающего фильтра из двух параллельных электролитических конденсаторов.

Через диодный мост протекают большие токи, и он нагревается. Для рассеяния тепла его устанавливают на охлаждающий радиатор. С целью предотвращения перегрева и выхода из строя диодного моста, на радиаторе установлен элемент защиты — термопредохранитель. Он отключает питание при превышении температуры радиатора выше 90 °С. Постоянное напряжение после выпрямителя и фильтра подаётся на инвертор.

Помехозащитный фильтр

Мощный инвертор в процессе работы создаёт высокочастотные помехи. Что бы исключить их попадание в электросеть, перед выпрямителем устанавливается фильтр ЭМС (электромагнитной совместимости). Фильтр состоит из конденсаторов и дросселя (в приведённой схеме — на тороидальном магнитопроводе).

Инвертор

Инвертор собран по схеме «косого моста» на двух мощных ключевых полупроводниковых приборах. В качестве последних могут быть транзисторы типов «IGBT» и «MOSFET». Оба ключевых транзистора монтируются на радиаторы для охлаждения.

На первичную обмотку импульсного понижающего трансформатора поступает напряжение со входного выпрямителя, прошедшее преобразование на ключевых транзисторах и ставшее высокочастотным. С одной из вторичных обмоток снимается уже значительно меньшее по амплитуде напряжение (рабочее значение, необходимое для сварки). Эта обмотка выполнена несколькими витками ленточного медного провода в изоляции, что позволяет производить сварку током 120…130 А.

Выходной выпрямитель

С вторичной обмотки импульсного трансформатора переменный ток высокой частоты поступает на высокочастотные мощные диодные выпрямители. Они собираются на базе сдвоенных диодов по схеме с общим катодом. Диоды обладают высоким быстродействием (время восстановления trr < 50 ns). С выхода этого выпрямителя снимается электрический ток с нужными для сварки параметрами.

А теперь рассмотрим управляющую часть схемы сварочного инвертора.

Управляющая схема сварочного инвертора

Принципиальная схема приведена на рисунке (напоминаем о кликабельности рисунка).

Электронный управляющий блок состоит из следующих узлов:

• ШИМ-контроллер;
• цепи регулировки и контроля:
• блоки контроля напряжения сети и выходного напряжения.

ШИМ-контроллер

Схема управления имеет оригинальное решение. Поэтому, она будет рассматриваться подробнее силовой части.

«Мозгом» сварочного инвертора является микросхема ШИМ-контроллера (здесь и далее – обозначения по схеме: U1). Она, управляя работой мощных ключевых транзисторов, задаёт «ритм» работы всего преобразователя. Микросхема ШИМ-контроллера, посредством полевого N-канального MOSFET транзистора (Q4), передаёт на первичную обмотку разделительного трансформатора (T1) прямоугольные импульсы с высокой частотой — до 50 КГц. С вторичной его обмотки снимаются сигналы для управления работой ключевых транзисторов.

Защиту от возможного, в процессе управления, превышения допустимого напряжения между затвором и эмиттером ключевых транзисторов осуществляют стабилитроны (D16, D17, D29, D30).

Цепи регулировки и контроля

К цепям регулировки и контроля относятся:

• трансформатор тока (Т2). Этот узел является основой анализатора-ограничителя тока. Снимаемое с него напряжение, после выпрямления и ограничения, участвует в работе схемы, формирующей сварочный ток, и генератора импульсов на ШИМ-контроллере;

• узел контроля напряжения сети. Он состоит из элементов операционного усилителя, собранного на двух микросхемах (U2A и U2B). На резисторных делителях, установленных в цепях входного выпрямителя, выделяется напряжение электросети (завышенное или заниженное) и поступает на сумматор операционного усилителя. Последний вырабатывает результирующий сигнал и выдаёт его на задающий генератор импульсов – ШИМ-контроллер. При обнаружении напряжения ниже допустимого, он блокирует генератор, а, следовательно, и всю схему;
• схема контроля выходного напряжения. Последнее снимается с выходов «OUT+», «OUT-» и через оптрон (ISO1), поступает в схему контроля (U2A и U2B). Таким образом, выполняется отслеживание параметров выходного напряжения.

Одновременно с отключением инвертора включается жёлтый светодиод (D12), который указывает на то, что в схеме неисправность или есть проблемы с сетевым питанием (отсутствует или ниже нижнего предела).

Благодаря своей мобильности аппараты получили широкое применение в быту и на производстве. Они обладают огромными преимуществами по сравнению со сварочными трансформаторными агрегатами для сварочных работ. Принцип действия, устройство и их типовые неисправности должен знать каждый. Не у всех есть возможность приобрести сварочный инвертор, поэтому радиолюбители выкладывают схемы сварочного инвертора своими руками в интернет.

Общие сведения

Трансформаторные сварочные аппараты стоят сравнительно недорого и легко ремонтируются из-за их простого устройства. Однако они обладают значительным весом и чувствительны к напряжению питания (U). При низком U производить работы невозможно, так как происходят значительные перепады U, в результате которого могут выйти из строя бытовые приборы. В частном секторе часто бывают проблемы с линиями электропередач, так как в бывших странах СНГ большинство ЛЭП требуют замены кабеля.

Электрический кабель состоит из скруток, которые часто окисляются. В результате этого окисления возникает рост сопротивления (R) этой скрутки. При значительной нагрузке они нагреваются, а это может привести к перегрузке ЛЭП и трансформаторной подстанции. Если подключать сварочный аппарат старого образца к счетчику электроэнергии, то при низком U будет срабатывать защита («выбивать» автоматы). Некоторые пытаются подключить сварочник к счетчику электроэнергии, нарушая закон.

Подобное нарушение карается штрафом: потребление электроэнергии происходит незаконно и в больших количествах. Для того чтобы сделать работу более комфортной — не зависеть от U, не поднимать тяжести, не перегружать ЛЭП и не нарушать закон - нужно использовать сварочный аппарат инверторного типа.

Устройство и принцип действия

Сварочный инвертор устроен так, что подойдет и для домашнего применения, и для работы на предприятии. Он способен при небольших габаритах обеспечить стабильное горение сварочной дуги и даже использовать ток сварки, значительно превышающий показатель обыкновенного сварочного аппарата. Он использует ток высокой частоты для генерации сварочной дуги и представляет собой обыкновенный импульсный блок питания (такой же, как и компьютерный, только с большей силой тока), что и делает схему сварочного аппарата несложной.

Основные принципы его работы следующие: выпрямление входного напряжения; преобразование выпрямленного U в высокочастотный переменный ток при помощи транзисторных ключей и дальнейшее выпрямление переменного U в постоянный ток высокой частоты (рисунок 1).

Рисунок 1 — Схематическое устройство сварочника инверторного типа.

При использовании ключевых транзисторов высокой мощности происходит преобразование постоянного тока, который выпрямляется при помощи в высокочастотный ток (30..90 кГц), что позволяет снизить габариты трансформатора. Выпрямитель на диодах пропускает ток только в одном направлении. Происходит «отсечение» отрицательных гармоник синусоиды.

Но на выходе выпрямителя получается постоянное U с пульсирующей составляющей. Для преобразования его в допустимый постоянный ток с целью корректной работы ключевых транзисторов, работающих только от постоянного тока, используется конденсаторный фильтр. Конденсаторный фильтр представляет собой один или несколько конденсаторов большой емкости, которая позволяет заметно сгладить пульсации.

Диодный мост и фильтр составляют блок питания для инверторной схемы. Вход инверторной схемы выполнен на ключевых транзисторах, преобразовывающих постоянное U в переменное высокой частоты (40..90 кГц). Это преобразование нужно для питания импульсного трансформатора, на выходе которого получается высокочастотный ток низкого U. От выходов трансформатора запитывается высокочастотный выпрямитель, а на выходе генерируется высокочастотный постоянный ток.

Устройство не очень сложное, и любой сварочник-инвертор поддается ремонту. Кроме того, существует множество схем, по которым можно сделать самодельный инвертор для сварочных работ.

Самодельный сварочный аппарат

Собрать инвертор для сварки просто, так как существует множество схем. Возможно сделать сварку из блока питания компьютера, сбить для него ящик, но получится сварочник низкой мощности. Подробно о создании простого инвертора из компьютерного БП для сварки можно ознакомиться в интернете. Огромной популярностью пользуется инвертор для сварки на ШИМ — контроллере типа UC3845. Микросхема прошивается при помощи программатора, который можно приобрести только в специализированном магазине.

Для прошивки нужно знать основы языка «С ++», кроме того, возможно скачать или заказать уже готовый программный код. Перед сборкой нужно определиться с основными параметрами сварочника: максимально допустимый ток питания составляет не более 35 А. При токе сварки равной, 280 А, U питающей сети составляет 220 В. Если проанализировать параметры, можно сделать вывод о том, что эта модель по характеристикам превышает некоторые заводские модели. Для сборки инвертора следует руководствоваться блок-схемой на рисунке 1.

Схема БП является несложной, и собрать ее достаточно просто (схема 1). Перед сборкой нужно определиться с трансформатором и найти подходящий корпус для инвертора. Для изготовления БП- инвертора нужен трансформатор. .

Этот трансформатор собирается на основе ферритового сердечника Ш7х7 или Ш8х8 с первичной обмоткой провода диаметром (d) 0,25..0,35 мм, количество витков 100. Несколько вторичных обмоток трансформатора должны иметь следующие параметры:

1. 15 витков с d = 1..1,5 мм.
2. 15 витков с d = 0,2..0,35 мм.
3. 20 витков с d = 0,35..0,5 мм.
4. 20 витков с d = 0,35..0,5 мм.

Перед намоткой нужно ознакомиться с основными правилами намотки трансформаторов.

Схема 1 - Схема блока питания инвертора

Навесным монтажом детали желательно не соединять, а сделать для этих целей печатную плату. Существует много способов изготовления печатной платы, но следует остановиться на простом варианте - лазерно-утюжной технологии (ЛУТ). Основные этапы изготовления печатной платы:

После изготовления трансформатора и печатной платы нужно приступить к монтажу радиокомпонентов по схеме блока питания сварочного инвертора. Для сборки БП понадобятся радиодетали:

После сборки БП нельзя подключать и проверять, так как он рассчитан именно для инверторной схемы.

Изготовление инвертора

Перед началом изготовления высокочастотного трансформатора для инвертора нужно изготовить гетинаксовую плату, руководствуясь схемой 2. Трансформатор выполнен на магнитопроводе типа «Ш20х28 2000 НМ» с рабочей частотой 41 кГц. Для его намотки (I обмотки) необходимо использовать медную жесть толщиной 0,3..0,45 мм и шириной 35..45 мм (ширина зависит от каркаса). Нужно сделать:

1. 12 витков (площадь поперечного сечения (S) около 10..12 кв. мм.).
2. 4 витка для вторичной обмотки (S = 30 кв. мм.).

Высокочастотный трансформатор нельзя мотать обыкновенным проводом из-за возникновения скин-эффекта. Скин-эффект - способность высокочастотных токов вытесняться на поверхность проводника, тем самым нагревая его. Вторичные обмотки следует разделить пленкой из фторопласта. Кроме того, трансформатор должен нормально охлаждаться.

Дроссель выполнен на магнитопроводе типа «Ш20×28» из феррита 2000 НМ с S не менее 25 кв. мм.

Трансформатор тока выполняется на двух кольцах типа «К30×18×7» и мотается медным проводом. Обмотка l продевается через кольцевую часть, а II обмотка состоит из 85 витков (d = 0,5 мм).

Схема 2 - Схема инверторного сварочного аппарата своими руками (инвертор).

После успешного изготовления высокочастотного трансформатора нужно осуществить монтаж радиоэлементов на печатной плате. Перед пайкой обработать оловом медные дорожки, детали не перегревать. Перечень элементов инвертора:

• ШИМ — контроллер: UC3845.
• MOSFET-транзистор VT1: IRF120.
• VD1: 1N4148.
• VD2, VD3: 1N5819.
• VD4: 1N4739A на 9 В.
• VD5-VD7: 1N4007.
• Два диодных моста VD8: KBPC3510.
• C1: 22 н.
• C2, C4, C8: 0,1 мкФ.
• C3: 4,7 н и C5: 2,2 н, C15, С16, С17, C18: 6,8 н (только использовать К78−2 или СВВ- 81).
• C6: 22 мк, С7: 200 мк, С9-С12: 3000 мк 400 В, C13, C21: 10 мк, C20, C22: 47мк на 25 В.
• R1, R2: 33k, R4: 510, R5: 1,3 k, R7: 150, R8: 1 на 1 Вт, R9: 2 M, R10: 1,5 k, R11: 25 на 40 Вт, R12, R13, R50, R54: 1 к, R14, R15: 1,5 k, R17, R51: 10, R24, R25: 30 на 20Вт, R26: 2,2 к, R27, R28: 5 на 5Вт, R36, R46-R48, R52, R42-R44 - 5, R45, R53 - 1,5.
• R3: 2,2 k и 10 к.
• К1 на 12 В и 40А, К2 - РЭС-49 (1).
• Q6-Q11: IRG4PC50W.
• Шесть MOSFET-транзисторов IRF5305.
• D2 и D3: 1N5819.
• VD17 и VD18: VS-HFA30PA60CPBF; VD19-VD22: VS-HFA30PA60CPBF.
• Двенадцать стабилитронов: 1N4744A.
• Две оптопары: HCPL-3120.
• Катушка индуктивности: 35 мк.

Перед проверкой схемы на работоспособность нужно еще раз визуально проверить все соединения.

Перед сборкой нужно внимательно ознакомиться со схемой инверторной сварки и приобрести все необходимое для изготовления: купить радиодетали в специализированных радиомагазинах, найти подходящие каркасы трансформаторов, медную жесть и провод, продумать дизайн корпуса. Планирование работы значительно упрощает процесс сборки и экономит время. При пайке радиокомпонентов следует применять паяльную станцию (индукционная с феном), для исключения возможного перегрева и выхода из строя радиоэлементов. Соблюдать нужно и правила техники безопасности при работе с электричеством.

Дальнейшая настройка

Все силовые элементы схемы должны иметь качественное охлаждение. Транзисторные ключи необходимо «сажать» на термопасту и радиатор. Желательно применять радиаторы от микропроцессоров мощного типа (Athlon). Наличие вентилятора для охлаждения в корпусе обязательно. Схему БП можно доработать, поставив конденсаторный блок перед трансформатором. Нужно использовать К78−2 или СВВ-81, так как другие варианты недопустимы.

После подготовительных работ нужно приступить к настройке сварочного инвертора. Для этого нужно:

Существуют и более совершенные модели сварочников инверторного типа, в силовую схему которых входят тиристоры. Широкое распространение также получил инвертор «Тимвала», который можно найти на форумах радиолюбителей. Он имеет более сложную схему. Подробнее с ним можно ознакомиться в интернете.

Таким образом, зная устройство и принцип работы сварочного аппарата инверторного типа, собрать его своими руками не представляется непосильной задачей. Самодельный вариант практически не уступает заводскому и даже превосходит его некоторые характеристики.

– это первое, с чем необходимо разобраться начинающему сварщику.

Эти приборы делятся по многим критериям даже если выбирать из ряда для бытового применения: сила тока, продолжительность сварки, тип напряжения на выходе и многое другое.

И для того, чтобы научиться различать по характеристикам и функционалу сварочные аппараты как выбрать подходящий прибор, нужно вникнуть не только в основы физики, но и конструктивно разобрать содержимое. Это даст понимание о принципе работы и таких характеристиках, как долговечность и надежность сварочного аппарата, к примеру, трансформаторный прибор состоит из пары катушек и конденсатора, там ломаться нечему.

Для начала, когда вы придете в строительный магазин, на каждый аппарат будут представлены характеристики:

• ток сварки;
• напряжение холостого хода;
• продолжительность включения;
• диаметр электрода;
• тип сварочного тока;
• тип сварочного аппарата;
• тип сварки.

Ток сварки — параметр, от которого зависит, какой толщины металл он может варить, какой диаметр электродов подойдет. Для простых хозяйственных работ, производимых изредка с небольшой толщиной металла, подойдет и аппарат со 160 Ампер силой сварочного тока. Для среднего ремонта или небольшой стройки рекомендуется 200А, а для ответственных металлоконструкций, со сваркой швеллеров, несущих широкополочных уголков и так далее – вам нужно будет потратиться на 220А прибор.

Напряжение холостого хода , по-другому говоря – выходное напряжение, то есть то, которое образуется на участке вторичной цепи и протекает через сварочный электрод и изделие. В простых аппаратах эта характеристика встречается в пределах 20-60 В, редко – до 90 В. Более высокое напряжение применяется для сварки электродами с тугоплавкой обмазкой специфических сплавов. Эта характеристика подбирается в резонанс с током сварки (автоматически или в ручном режиме) и отвечает за лучшее зажигание и горение дуги. Если подобрать напряжение неправильно, то можно получить образование шлака и пор.

Продолжительность включения – процентная величина измерения времени, из 10-и минутного цикла, которое аппарат может беспрерывно работать на максимальном токе сварки. То есть, если в характеристиках к аппарату написано 70%, то это значит, что аппарат может работать 7 минут, и 3 должен отдыхать. Его также называют цикл работы, и некоторые производители могут давать не время работы на максимальном токе, а 100% ПВ на определенном, скажем, 140 А из поддерживаемых аппаратом 200 А.

Диаметр электрода , на который рассчитан аппарат, опытный сварщик может определить, взглянув на значение тока сварки, но все-таки он указывается в характеристиках. Для того чтобы узнать больше, рекомендуем статью « » — там можно найти таблицу зависимости диаметров электродов от тока сварки и толщины свариваемых деталей. В полуавтоматических сварочных аппаратах, в которых применяется сварочная проволока, указывается ее диаметр.

Тип сварочного тока может быть переменным (AC) и постоянным (DC), и от этого зависит в основном, тип свариваемого металла. Постоянным током можно сваривать все виды металлов, цветные включая. Простой бытовой сварочный аппарат с переменным током, как правило, приобретается только для сварки черного металла. В принципе, есть специальные электроды и приемы работы ручной электродуговой сваркой переменного тока по цветным металлам, но при этом возникает уйму сложностей, в том числе сильное разбрызгивание металла, а также сами электроды очень дорогие.

Тип сварочного аппарата – трансформаторные или инверторные, нового поколения. Об этом как раз пойдет речь дальше. О современных приборах, которые вмещают в себе электронные элементы управления, в том числе системы контроля перенапряжения, перегрева, поддержания горения дуги и др.

Тип сварки в данном случае – ручная электродуговая сварка плавящимися электродами (MMA). Тип сварки полуавтоматическими аппаратами сварочной проволокой в среде инертного газа обозначается как MIG/MAG. Есть еще обозначение ручной сварки неплавящимися (вольфрамовыми, угольными) электродами в защитной газовой среде – TIG.

Устройство, особенности и принцип работы трансформаторных сварочных аппаратов

Эти аппараты использовались с самого начала изобретения сварочных работ, и по сей день их «начинка» практически не поменялась. В основе лежит трансформатор, который понижает напряжение с входных 220/380 В на 20-90 В, при этом увеличивая силу тока до 140-220 А. Регулируется напряжение (и сила тока) путем перемещения подвижных частей трансформатора, либо по средствам управляемой реактивной катушки (дросселя), включенного во вторичную цепь, либо вместо него используется блок тиристорного фазорегулятора.

Стоит сразу же сказать о преимуществе аппаратов с тиристорным фазорегулятором перед амплитудными (подвижные трансформаторные сердечники или регулируемый дроссель) устройствами. Во-первых, уменьшается время перехода импульса через нулевое значение, благодаря чему сварочная дуга горит стабильнее, меньше вероятность затухания, а также качество сварного шва значительно повышается. Во-вторых, такой сварочный аппарат для дома и дачи, благодаря тиристорному фазорегулятору, не имеет подвижных механических деталей в трансформаторе и отсутствует дроссель с регулятором, благодаря чему цепь упрощается и прибор считается более надежным и долговечным.

На схеме выше находится трансформатор (А) с первичной (1) и вторичной (2) обмотками, а также реактивная катушка-дроссель (Б), включенная во вторичную цепь, идущую от обмотки. В данном случае трансформатор не имеет подвижных шунтов/обмоток, которыми регулируют силу тока и напряжение сварки. Эту функцию выполняет дроссель с подвижным регулятором. Кроме того, он нужен, чтобы не использовать трансформатор с увеличенным рассеянием, урезав, таким образом, конструкцию для повышения надежности и упрощения ремонта при надобности.

Из данной схемы следует, что переменный ток напряжением 220 В входит в трансформатор с нормальным рассеянием, из первичной катушки преобразуется во вторичной с характеристиками холостого хода (20-90 В). Проходя через регулируемый механически дроссель, приобретаются необходимые для сварки вольт-амперные характеристики (не будем углубляться в физику), а также появляется ограничение тока короткого замыкания.

Преимущества трансформаторных сварочных аппаратрв – это дешевизна и долговечность. Также легко проводить ремонт, потому что весь блок содержит всего пару деталей. Стоит отметить высокий КПД, равный 70-90%. На этом пересчет преимуществ окончен.

Недостатки более обширны, и основной из них – это частое прерывание горения дуги, которое обусловлено самим свойством переменного тока затухать в момент смены полярности. А также на стабильность сварочной дуги влияют колебания характеристик входного напряжения. Еще имеется проблема – громоздкость прибора, причем, чем больше мощность аппарата, тем массивнее трансформатор, и тем больше проседает напряжение в сети при его работе.

Устройство, особенности и принцип работы трансформаторных выпрямительных сварочных аппаратов

Эти устройства практически идентичны трансформаторным, с разницей лишь в том, что имеют выпрямительный блок и блок фильтров (в простейших моделях – фильтровальный конденсатор). Благодаря последним двум, на выходе из аппарата получается не переменный, а постоянный ток с вольт-амперными характеристиками, сформированными тем же трансформатором и реактивной катушкой-дросселем. Однако теперь ток приобретает полярность, которую можно использовать как прямую и обратную, с различными электродами и металлами, что дает расширенный функционал по сравнению с аппаратами переменного тока.

Схема представляет собой самый простой трансформаторный выпрямитель сварочного тока. В нем: статичный трансформатор с нормальный рассеянием (А) с основной (1) и вторичной (2) обмотками; выпрямительный блок (Б) на основе диодов (Б1); регулируемая реактивная катушка-дроссель (В); фильтровальный полярный конденсатор постоянного тока (Г). Подача на электрод условна и означает подключение прямой полярности, если поменять местами деталь и электрод, то получится сварка в обратной полярности.

В этом случае самый простой трансформатор, который вмещает в себе данное устройство сварочного аппарата, выдает переменный ток со скромными вольт-амперными характеристиками, который, пройдя через выпрямительный блок (Б), еще называемый диодным мостом, становится постоянным. Далее, для корректирования характеристик тока, в цепь вмещен управляемый дроссель (В), с присоединенным параллельно конденсатором, который выполняет функцию фильтра постоянного тока.

Преимущества аппаратов постоянного тока трансформаторного типа состоят в большей стабильности горения дуги и меньшем разбрызгивании металла при сварке. Соответственно, сварной шов получается более качественным, ровным и эстетичным. Кроме того, переменным током можно варить практически все металлы и сплавы.

Недостатки – из тех, что и у трансформаторных аппаратов переменного тока: влияние перепадов входного напряжения на горение дуги, сильная «просадка» напряжения сети при работе, а также очень большой вес. Дело в том, что диоды прикреплены к большим и увесистым радиаторам, плюс охлаждающихся дополнительным вентилятором – это в придачу к массивному трансформатору.

Устройство, особенности и принцип работы инверторных сварочных аппаратов

Сварочные инверторы – это современные высокотехнологичные приборы, которые по качеству сварки в разы превосходят трансформаторные аппараты. Они также имеют целый комплекс защит и контроля горения дуги, которые управляются специальным транзисторным блоком IGBT, который часто является самой дорогой частью прибора. С таким сварочным аппаратом довольно качественный шов может выполнить даже человек, который в первый раз в жизни взялся варить.

В отличие от устаревших аппаратов, в которых регулирование параметров тока и напряжения сварки происходит по средствам трансформатора с подвижными механическими частями, реактивной катушки-дросселя или фазного блока управления тиристорами, бытовой сварочный аппарат инверторного типа действует на вольт-амперные характеристики через преобразователь частоты. Этим достигается ряд преимуществ.

На блок-схеме показано условное подключение элементов: выпрямитель напряжения (А); фильтр постоянного тока (Б); инвертор – преобразователь частоты (В); блок управления (Г); трансформатор (Д); выпрямитель высокочастотного тока (Е). Блок управления современного образца основан на IGBT транзисторах, время работы которых в разы превосходит прошлое поколение. Принцип действия аппарата далее.

Входное переменное напряжение 220 В, бытовой частоты 50 Гц поступает сначала в выпрямитель (А), затем – в фильтр (Б), приобретая характеристики ровного постоянного напряжения. Далее инвертор/преобразователь частоты (В) превращает его обратно в переменное напряжение, но с частотой в десятки килогерц (кГц), после чего трансформатор (Д) производит понижение напряжения до холостого хода (20-90 В) с повышением сварочного тока (140-220 А). После следует выравнивание тока в высокочастотном выпрямителе (Е) и он подается на электрод/свариваемое изделие.

Вся «фишка» находится в том самом преобразователе частоты. Ведь для преобразования высокочастотного тока в холостого хода ток сварки, не нужно громоздкого трансформатора: в некоторых случаях, он может весить до килограмма.

Преимуществ инверторных сварочных аппаратов целый ряд: небольшой вес (до 10 кг) и размер; исключен нагрев обмоток и перемагничивание сердечника трансформатора; высокий КПД (85-95%); продолжительность включения 80%; потребляемая мощность при сварке одинаковыми электродами у инверторных аппаратов в 1,5-2 раза ниже, чем у трансформаторных источников. Прибор имеет плавную регулировку и большой диапазон значений тока сварки и напряжения холостого хода, что позволяет использовать тончайшие электроды (1,6 мм).

Для новичков имеется ряд функций: Hot start (автоматическое увеличение тока сварки в начале сварки для облегчения загорания дуги); Anti stick (предотвращение залипания электрода на поверхности по средствам понижения тока); Arc force (автоматически увеличение тока сварки на мизерный промежуток времени при отделении большой капли металла от электрода для предотвращения различных сложностей, последствий).

Недостатки также имеются, и весьма существенные, среди них: стоимость ремонта, требования к хранению и условиям окружающей среды при работе. Если накроется блок управления, а особенно если он на основе транзисторов IGBT, то за ремонт придется отдать даже половину стоимости нового аппарата. Электронная начинка подвержена влиянию различных факторов, поэтому прибор чувствителен к условиям хранения и работы. К примеру, пыль в помещении проникает в устройство и оседает на радиаторах охлаждения тиристоров, из-за чего может происходить перегрев.

Виды современных сварочных аппаратов для дома и дачи по степени механизации сварки

Говоря про оборудование для сварки бытовых/хозяйственных нужд, невозможно не упомянуть про то, какие бывают сварочные аппараты по степени механизации. Самые простые – трансформаторные, переменного тока для работы по черному металлу плавящимися электродами с защитной обмазкой (тип сварки MMA) мы рассмотрели. У них только одни способ применение по степени механизации – ручной труд. Суть его сводится к тому, что сварщик вручную осуществляет все рабочие операции на протяжении цикла работ, включая и замену электрода.

Можно отнести к сварке ручным способом электродами и остальные виды сварочных аппаратов, но они также могут быть в виде полуавтоматов, работающих с проволокой вместо электродов и подающих ее в автоматическом режиме по мере процесса сварки (тип сварки MIG/MAG). Преимущества таких аппаратов в том, что увеличивается скорость работы и проволока, которая замещает электроды, стоит гораздо дешевле. С другой стороны – аппарат сам по себе громоздкий, так как вмещает в себе устройство подачи проволоки, а также, сварка производится с применением защитного газа, выходящего из сопла сварочного аппарата параллельно с проволокой.

Есть вариант уменьшить громоздкость полуавтоматического сварного устройства, исключив баллон с газом: зарядить в устройство подачи так называемую порошковую проволоку, которая имеет в составе примеси, выделяющие при плавлении тот самый защитный газ. Но опять-таки, как выбрать сварочный аппарат для дома, если стоимость такой проволоки очень велика, что оставляет только одно преимущество перед ручной сваркой электродами – скорость сварки. Еще заметим, что полуавтомат может работать и с электродами в режиме ручной сварки.

На рисунке выше представлено главное конструкционное отличие полуавтомата – устройство подачи проволоки. Во всех подробностях механизмы и устройство сопла с подачей газа рассматривать не будем в этой статье, так как тема обширная, но необходимо знать, из каких модулей состоит такой аппарат: источник питания (трансформатор с выпрямителем или инвертор), уст-во подачи проволоки, газовый баллон, горелка с газовым диффузором и контактным наконечником.

Сварщики-профессионалы, да и просто те, кому нравиться дома при помощи сварки делать что-либо, относительно недавно получили возможность значительно облегчить себе работу. В продаже появились сварочные инверторы , которые позволяют совершить качественный скачок в электросварке.

Достаточно вспомнить просто неподъемные сварочные трансформаторы и выпрямители, выпускавшиеся ранее. При прочих равных вес сварочного инвертора на порядок меньше, чем у любого другого сварочного аппарата, а это заметно повышает производительность сварки.

Сварочные инверторы - это самые современные сварочные аппараты, которые в настоящее время почти полностью вытесняют на второй план классические сварочные трансформаторы, выпрямители и генераторы.

Принцип действия сварочного инвертора

Переменный ток от потребительской сети, частотой 50 Гц, поступает на выпрямитель.

Выпрямленный ток сглаживается фильтром, затем полученный постоянный ток преобразуется инвертором с помощью специальных транзисторов с очень большой частотой коммутаций в переменный, но уже высокой частоты 20-50 кГц.

Затем переменное напряжение высокой частоты понижается до 70-90 В, а сила тока соответственно повышается до необходимых для сварки 100-200 А.

Высокая частота является основным техническим решением, которое позволяет добиться колоссальных преимуществ сварочного инвертора, если сравнивать с другими источниками питания сварочной дуги.

Устройство сварочного инвертора

В инверторном сварочном аппарате сила сварочного тока нужной величины достигается путем преобразования высокочастотных токов, а не путем преобразования ЭДС в катушке индукции как это происходит в трансформаторных аппаратах. Предварительные преобразования электрических токов позволяют использовать трансформатор с очень малыми габаритами.

К примеру, чтобы получить в инверторе сварочный ток 160А достаточно трансформатора вес, которого 250 г, а на обычных сварочных аппаратах необходим медный трансформатор с весом 18 кг.

Как устроен и работает сварочный инвертор на видео:

Преимущества и недостатки сварочных инверторов

Главным достоинством инвертора является минимальный вес. Кроме того возможность применять для сварки электроды как переменного, так и постоянного тока. Что важно при сварке цветных металлов и чугуна.

Инверторный сварочный аппарат имеет широкий диапазон регулировки сварочного тока. Это дает возможность для применения аргонодуговой сварки неплавящимся электродом.

Помимо этого в каждом инверторе есть функции: «Hot start» (горячий старт) для поджига электрода подаются максимальная величина тока, «Anti-Sticking» при коротком замыкании сварочный ток снижается до минимума, что не позволяет электроду залипать при соприкосновении с деталью, «Arc Force» - для предотвращения залипания в момент отрыва капли металла ток возрастает до оптимального значения.

Из недостатков сварочных инверторов можно назвать высокую стоимость (в 2 - 3 раза больше, чем у трансформаторов). Как и любая электроника, инверторы боятся пыли, поэтому производители рекомендуют хотя бы раза два в год вскрывать аппарат и удалять пыль. Если он работает на стройке или производстве, то чаще, по мере загрязнения. И как любая электроника сварочные инверторы не любят мороза.

Так при температуре ниже -15 о С эксплуатация инвертора возможна не во всех случаях, в зависимости от того, какие детали использовал производитель. Поэтому в таких условиях, нужно смотреть на технические характеристики, заявленные заводом-изготовителем.

И еще одно, длина каждого из сварочных кабелей не должна превышать 2,5 метра, но к этому нужно просто привыкнуть.

Передняя панель сварочного инвертора

Сварочные инверторы - качество и удобство сварочных работ

Дуговая сварка - ответственная работа. Для её проведения сварщик должен обладать достаточным практическим опытом и знанием теории. Сварочные инверторы упростили процесс и решили многие возникавшие вопросы.

Первая решённая проблема - это поджигание дуги. У прежних сварочных трансформаторов выходное напряжение пропорционально зависит от входного. Низкое напряжение, распространённое в наших сетях, не даёт возможности поджечь дугу, электрод начинает «залипать».

При добавлении тока трансформатора, наоборот, металл «пережигается». Устройство сварочных инверторов таково, что напряжение на выходе не зависит от напряжения на входе, а установленный сварочный ток держится неизменным независимо от сетевого напряжения. Инверторы предотвращают «залипание» электродов и легко создают устойчивую дугу.

При работе с обычными аппаратами возможно «пережечь» или «недожечь» металл. Это обусловлено тем, что они плохо держат требуемую величину тока сварки. Ведь она меняется и зависит от напряжения сети.

Когда металл «пережжён», сварочный шов ослабляется, в нём образуются отверстия и раковины. При «недожоге» также происходит ослабление шва. У сварочного инвертора ток устанавливается потенциометром согласно шкале сварочного тока и остаётся неизменным.

Начинающему сварщику трудно научиться удерживать дугу. После образования дуги электроду даётся наклон примерно в 15 градусов и его нужно перемещать относительно стыка деталей. Наклон может быть как в сторону движения электрода, так и в противоположную. Наряду с продольным движением его необходимо перемещать перпендикулярно шву. С этим связана длина дуги.

Основные виды электродов предусмотрены для работы короткой дугой. Поэтому нужно постоянно двигать электрод в перпендикулярном направлении таким образом, чтобы от электрода до свариваемых деталей был промежуток примерно в два его диаметра.

Сварочные инверторы способны строго поддерживать выбранный ток и к тому же он постоянный. Эти факторы позволяют не особо критично относиться к длине дуги, что облегчает работу сварщика, особенно начинающего, причём качество шва в данном случае с длиной дуги уже не связано.

Когда нет возможности расположить детали горизонтально, нужно помнить, что расплавленный металл подвергается земному притяжению так же, как и капля воды.

При работе с потолочными и вертикальными швами нужно своевременно остановиться и выждать, когда расплавленная капля внутри шва слегка остынет, и сразу же «поджигать» рядом следующую дугу, двигаясь выше и выше вдоль шва. Такую сварку называют «прихватками». Применяя сварочный инвертор, овладеть «прихватками» не составляет труда даже новичку.

Опыт показывает, сварочный инверторы облегчают «поджиг», контролируют дугу, устраняют «залипание», не требуют специальных навыков для обращения с собой. Всё это делает инверторы выгодными для применения и в сфере профессионального строительства, и домашнего ремонта.

Сварочный аппарат инверторного типа

Сколько электроэнергии потребляет сварочный инвертор в различных режимах работы? Смотрите на видео:

Как выбрать сварочный инвертор

В зависимости от того, где будет работать сварочный аппарат нужно покупать бытовой, или профессиональный инвертор. Разница между ними в продолжительности времени работы.

Профессиональный сварочный инвертор рассчитан на 8-ми часовой рабочий день, бытовой же потребует после 20 - 30 минут работы, перерыва минут 30 - 60, поэтому бытовые дешевле. Есть еще промышленные инверторные сварочные аппараты, которые предназначены для работы продолжительное время в тяжелых условиях.

Для дома достаточно сварочного инвертора с максимальным сварочным током 160 А. Но это при напряжении в сети хотя бы 210 В. При низком сетевом напряжении лучше купить инвертор на 200 А.

Сварочные инверторы "Ресаната":

Практически все мировые лидеры в области сварочного производства ориентированы преимущественно на разработку и производства инверторных сварочных источников питания. Из наиболее известных производителей можно отметить итальянские “Selco” и “Helvi”, французский “Gysmi”, корейский “Power Man”, немецкий “Fubag”, также есть российский инверторный сварочный аппарат “Торус”.

А вы используете в работе сварочный инвертор? Поделитесь своими впечатлениями!

Каждый уважающий себя домашний мастер просто обязан иметь в арсенале сварочный аппарат для обычной электросварки. Это довольно простой способ надежного соединения металлических деталей, который, к тому же, не требует высокой квалификации при выполнении несложных работ. Один минус у всех трансформаторных сварочных аппаратов - огромный неподъемный вес и большие габариты. С появлением сварочных инверторов ситуация изменилась, и сегодня мы рассмотрим возможности таких устройств.

Что такое инвертор сварочный

Сварочные инверторы - это один из самых современных видов сварочных аппаратов. Они практически полностью вытеснили из мастерских и гаражей трансформаторные устройства, выпрямители и генераторы.

Принцип действия инвертора, как и любого другого сварочного аппарата заключается в выработке тока большой силы, способного возбудить и поддерживать сварочную дугу. Дуга, как известно, возникает между свариваемыми деталями и электродом, а расплавленный таким методом металл заполняет пустоты шва и образует прочнейшее соединение, которое ничем не отличается от монолитной детали. В классических сварочных аппаратах ток большой силы возбуждался в обычном , в инверторных же аппаратах для этого существует несколько другой способ, более современный и совершенный.

Принцип действия сварочного инвертора

Первые инверторы начали появляться на рынке еще в конце 70-х годов, но они уже имеют мало общего с новыми моделями, о которых мы говорим сегодня. Единственное, что осталось неизменным - небольшие габариты и исходное напряжение обычной бытовой сети или в некоторых случаях трехфазной сети 380 В. К тому же инверторы гораздо удобнее в работе, имеют более гибкие настройки, чем классические сварочные аппараты.

Сетевой ток в 220 В и с частотой 50 Гц не пригоден для создания сварочной дуги. Этот ток нужно преобразовать, как и напряжение, для получения возбуждающего и поддерживающего дугу напряжения. Сетевой ток попадает в блок выпрямителя, преобразуя переменный ток 220 В в постоянный, а затем он подается в инверторный блок. Здесь и начинается самое главное преобразование характеристик тока. Он трансформируется снова в переменный, но у же с частотой в десятки килогерц. Это происходит благодаря применению высокочастотных транзисторов и тиристоров.

После изменения частоты, ток попадает на трансформатор, который понижает напряжение за счет повышения силы тока. Именно на этом этапе проявляются преимущества высокочастотных трансформаторов по сравнению с низкочастотными старого образца. Старые трансформаторы работали с частотой 50 Гц, поэтому и были такими тяжелыми и громоздкими. Кроме того, львиная доля потерь тока уходила на нагрев низкочастотного трансформатора, а высокочастотные приборы греются в разы меньше, следовательно, имеют и меньшие потери. Это сказалось на стабильности работы и на КПД инверторов - в современных моделях он достигает 90%.

Теперь в работу вступает вторичный выпрямитель, который преобразует ток высокой частоты в постоянный, и этот ток уже подается непосредственно на электрод посредством сварочного кабеля. Это только основной принцип работы инвертора, поскольку в его схеме присутствуют микропроцессорные блоки, которые контролируют и позволяют регулировать характеристики тока в довольно широком диапазоне, адаптируя ток для сварки различных металлов в самых разных условиях. Приятной особенностью инверторного сварочного аппарата стала возможность изменения полярности, что позволило легко и просто сваривать алюминий. Электрическая схема инвертора показана на фото для примера.

Как выбрать сварочный инвертор

У всех сварочных инверторов есть свои преимущества перед старыми аппаратами, а разнятся они только по времени работы. То есть по способности держать сварочную дугу в течение определенного времени. Этим отличаются бытовые и профессиональные инверторы. Но плюсы у всех одни:

1. Небольшие компактные размеры. Благодаря применению высокочастотных трансформаторов удалось уменьшить как размеры, так и вес аппарата.
2. Стабильность в работе. Аппарат работает независимо от характеристик тока в сети и сам подстраивает нужные характеристики тока для стабильной работы.
3. Стабильная дуга. Регулируемая и стабильная дуга с низким уровнем пульсации позволит варить металл любой толщины и в любых условиях.
4. Простота в использовании.
5. Применение электродов любого типа, разнополярных электродов, электродов любой толщины и состава.
6. Высокий уровень защиты от перегрева и КЗ.
7. Возможность применения микропроцессорного управления.

Рейтинги производителей и выбор модели

Цены на сварочные инверторы формируются уже не в нашей стране. Наиболее активным их производителем стала КНР, поэтому достигнуть их уровня цен и рентабельности может не каждое предприятие у нас в стране, да и качество китайских инверторов довольно стабильное. Ремонт сварочного инвертора, произведенного хоть у нас в стране, хоть в КНР, никаких проблем не вызывает, поскольку все компоненты, в принципе однотипны и производятся понятно где.

Говорить о лучших сварочных инверторах рейтингах продаж, уровне надежности можно только тогда, когда известные конкретные задачи, стоящие перед прибором. Если это инвертор для дома и нечастого использования, то в этом сегменте отлично себя показали Selco, Helvi из Италии, кореец Power Man. Средний инвертор с кириллицей на логотипе будет стоить порядка 10 тысяч рублей, а модели из Кореи, Италии и Франции могут стоить до 50 тысяч.

Выбирая модель, нужно четко знать задачи, которые ставятся перед прибором, тогда можно избежать лишних затрат и купить такой инвертор, который будет полностью удовлетворять домашнего мастера или прожженного профи.