Как работает сварочный аппарат?

Принцип работы и устройство сварочного инвертора

Чтобы правильно выбрать оборудование для выполнения сварочных работ, необходимо знать устройство конструкции и принцип работы сварочного инвертора. Если хорошо разбираться в таких вопросах, можно не только эффективно использовать, но и самостоятельно ремонтировать инверторные устройства.

Инверторные сварочные аппараты производства Италии

На современном рынке предлагается множество моделей инверторов, что позволяет мастерам подобрать оборудование в соответствии со своими потребностями и финансовыми возможностями. При желании сэкономить можно изготовить инверторный сварочный аппарат своими руками.

Как работает инверторный сварочный аппарат

Принцип действия инверторного аппарата во многом схож с работой импульсного блока питания. И в инверторе, и в импульсном блоке питания энергия трансформируется похожим образом.

Процесс преобразования электрической энергии в сварочном аппарате инверторного типа можно описать так.

  • Переменный ток с напряжением 220 Вольт, протекающий в обычной электрической сети, преобразуется в постоянный.
  • Полученный постоянный ток при помощи специального блока электрической схемы инвертора опять преобразуется в переменный, но обладающий очень высокой частотой.
  • Понижается напряжение высокочастотного переменного тока, что значительно увеличивает его силу.
  • Сформированный электрический ток, обладающий высокой частотой, значительной силой и низким напряжением, преобразуется в постоянный, на котором и выполняется сварка.

Принцип работы сварочного инвертора

Основным типом сварочных аппаратов, которые использовались ранее, были трансформаторные устройства, повышавшие сварочный ток за счет уменьшения значения напряжения. Самыми серьезными недостатками такого оборудования, которое активно используется и сегодня, являются низкий КПД (так как в них большое количество потребляемой электрической энергии тратится на нагрев железа), большие габариты и вес.

Изобретение инверторов, в которых сила сварочного тока регулируется совершенно по иному принципу, позволило значительно уменьшить размеры сварочных аппаратов, а также снизить их вес. Эффективно регулировать сварочный ток в таких аппаратах становится возможным благодаря его высокой частоте. Чем выше частота тока, который формирует инвертор, тем меньшими могут быть габариты оборудования.

Одна из основных задач, которую решает любой инвертор, – это увеличение частоты стандартного электрического тока. Возможно это благодаря использованию транзисторов, которые переключаются с частотой 60–80 Гц. Однако, как известно, на транзисторы можно подавать только постоянный ток, в то время как в обычной электрической сети он переменный и имеет частоту 50 Гц. Чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, в инверторных аппаратах устанавливают выпрямитель, собранный на основе диодного моста.

После транзисторного блока, в котором формируется переменный ток с высокой частотой, в сварочных инверторах расположен трансформатор, который понижает напряжение и, соответственно, увеличивает силу тока. Для регулировки напряжения и тока, имеющих высокую частоту, требуются менее габаритные трансформаторы (при этом по своей мощности они не уступают более крупным аналогам).

Сварочный инвертор без защитного кожуха

Элементы электрической схемы инверторных устройств

Устройство сварочного инвертора составляют следующие базовые элементы:

  • выпрямитель переменного тока, поступающего из обычной электрической сети;
  • инверторный блок, собранный на основе высокочастотных транзисторов (такой блок и является генератором высокочастотных импульсов);
  • трансформатор, который понижает высокочастотное напряжение и увеличивает высокочастотный ток;
  • выпрямитель переменного высокочастотного тока;
  • рабочий шунт;
  • электронный блок, отвечающий за управление инвертором.

Какими бы характеристиками ни обладала определенная модель инверторного аппарата, принцип его действия, основанный на использовании высокочастотного импульсного преобразователя, остается неизменным.

Пример принципиальной схемы инвертора (нажмите для увеличения)

Выпрямительный и инверторный блоки оборудования в процессе своей работы сильно нагреваются, поэтому их устанавливают на радиаторы, активно отводящие тепло. Кроме того, для защиты выпрямительного блока от перегрева используется специальный термодатчик, отключающий его электропитание при достижении им температуры 90 градусов.

Инверторный блок, являющийся, по сути, генератором высокочастотных импульсов большой мощности, собирается на основе транзисторов, соединяемых по типу «косого моста». Высокочастотные электрические импульсы, формирующиеся в таком генераторе, поступают на трансформатор, необходимый для того, чтобы понизить значение их напряжения.

Наиболее распространенными трансформаторами, используемыми для оснащения сварочных инверторов, являются устройства со следующими характеристиками: первичная обмотка – 100 витков провода марки ПЭВ (толщина 0,3 мм); 1-я вторичная обмотка – 15 витков из медной проволоки диаметром 1 мм; 2-я и 3-я вторичные обмотки – 20 витков медного провода диаметром 0,35 мм. Все обмотки тщательно изолируются друг от друга, а места их выхода защищаются и запаиваются.

Внутреннее устройство сварочного инвертора

На выходной выпрямитель сварочного инвертора поступает ток, обладающий высокой частотой. С преобразованием такого тока в постоянный простые диоды не справятся. Именно поэтому основу выпрямителя составляют мощные диоды, обладающие большой скоростью открывания и закрывания. Чтобы предотвратить перегревание диодного блока, его размещают на специальном радиаторе.

Обязательным элементом любого сварочного инвертора является резистор высокой мощности, обеспечивающий устройству мягкий пуск. Необходимость использования такого резистора объясняется тем, что при включении питания на оборудование подается мощный электрический импульс, который может стать причиной выхода из строя диодов выпрямительного блока. Чтобы этого не произошло, ток подается через резистор на электролитические конденсаторы, которые начинают заряжаться. При достижении конденсаторами полного заряда и перехода устройства в штатный режим работы замыкаются контакты электромагнитного реле и ток начинает поступать на диоды выпрямителя, уже минуя резистор.

Выходные дроссели на плате сварочного инвертора

Инверторы благодаря своим техническим характеристикам позволяют выполнять регулировку сварочного тока в широком диапазоне – от 30 до 200 А.

Работой всех элементов такого сварочного аппарата, отличающегося компактными габаритами, небольшим весом и высокой мощностью, управляет специальный ШИМ-контроллер. Электрические сигналы поступают на контроллер от операционного усилителя, питающегося выходным током самого инвертора. На основе характеристик этих сигналов котроллер формирует корректирующие выходные сигналы, которые могут подаваться на диоды выпрямителя и транзисторы инверторного блока – генератора высокочастотных электрических импульсов.

Кроме основных, современные сварочные инверторы обладают еще целым перечнем полезных дополнительных опций. К таким характеристикам, которые значительно облегчают работу с устройством и дают возможность получать качественные, надежные и красивые сварные соединения, следует отнести форсирование сварочной дуги (быстрый розжиг), антизалипание электрода, плавную регулировку сварочного тока, наличие системы защиты от возникающих перегрузок.

Монтажная плата с основными элементами инвертора

Целесообразность использования инверторов и их основные недостатки

Широкое применение сварочных инверторов объясняется целым рядом весомых преимуществ, которыми они обладают.

  • Устройства данного типа отличаются высокой мощностью и производительностью.
  • Сварной шов, формируемый с использованием инверторов, характеризуется высоким качеством и надежностью.
  • Наряду с высокой мощностью, устройства данного типа отличаются компактными размерами и небольшим весом, что дает возможность легко переносить их в то место, где будут выполняться сварочные работы.
  • Сварочные инверторы обладают большим КПД (порядка 90%), потребляемая электрическая энергия используется в них эффективнее, чем в трансформаторах.
  • Благодаря высокому КПД такие аппараты отличаются экономичным расходованием потребляемой электроэнергии.
  • В процессе выполнения сварочных работ с помощью инвертора расплавленный металл разбрызгивается незначительно, что отражается на более рациональном потреблении расходных материалов.
  • Инверторы обеспечивают возможность плавной регулировки сварочного тока.
  • Благодаря наличию в таких устройствах дополнительных опций уровень квалификации сварщика почти не влияет на качество выполнения работ.
  • Широкая универсальность инверторов упраздняет вопрос о том, какой аппарат выбрать для выполнения сварки по различным технологиям.

Инверторные устройства выбирают в том случае, когда нужен аппарат, характеристики которого обеспечивают высокую стабильность горения сварочной дуги в любой ситуации. При использовании инверторов не возникает вопрос и о том, какой электрод выбрать для выполнения сварочных работ, так как с помощью этого оборудования можно варить металл электродами любого типа.

Конечно, недостатки у инверторов тоже есть, но их не так много. Сюда следует отнести достаточно высокую стоимость таких устройств, по сравнению с обычными сварочными трансформаторами. Дороги такие устройства и в ремонте, который чаще всего связан с необходимостью замены мощных транзисторов (их стоимость может составлять до 60% цены всего аппарата).

Очень чувствительны инверторы к негативным внешним факторам – пыли, грязи, осадкам и морозу. Если для работ в полевых условиях вам нужен именно инвертор, придется сооружать для него закрытую и отапливаемую площадку.

Устройство и принцип работы сварочного аппарата

  1. Устройство
  2. Как работает?
  3. Режимы работы

Устройство и принцип работы сварочного аппарата хотя бы в общих чертах необходимо представлять абсолютно любому современному человеку. Тем более значимы эти знания для тех, кто собирается заниматься сваркой хотя бы просто на любительском уровне. В этой статье даны общие сведения о том, как конкретно устроен и работает сварочный инструмент.

Устройство

Когда говорят про сварочные машины и аппараты, все чаще подразумевают инверторные системы. В недавнем прошлом они считались образцами простоты. Но за последние годы резко выросла насыщенность электроникой. Существенно выросли их характеристики, работать инвертором стало эффективнее.

Расширилась и функциональность такой техники, несмотря на относительно стабильную и даже снизившуюся отчасти цену.

Сварочный инвертор по электрической схеме достаточно близок к блокам питания, используемым в компьютерах и ноутбуках. Причина проста: они решают сходные задачи. Прежде ключевой частью выступал трансформатор высокой мощности. Он отвечал за понижение напряжения на входе и за снятие со вторичных обмоток сильных (порядка сотен ампер) токов. Этих характеристик хватает для решения типовых сварочных задач. Однако масса традиционных инверторов очень велика, и сварщики с радостью восприняли появление облегченных их вариантов.

Читайте также  Оборудование для лазерной сварки

Ключевой составной частью оказываются транзисторы, подсоединенные к понижающим трансформаторам. Сокращение размеров трансформирующего узла достигнуто очень простым способом, а именно – введено переключение с высокой частотой, доходящей до 80000 Гц. На мощности такое нововведение не отражается.

Важно: напряжение все равно должно поддерживаться с использованием выпрямителя; в его состав входят диодный мост и блок конденсаторов.

Но бывает и другое устройство — сварочный полуавтоматический агрегат. В работе с ним не нужно применять электроды. Зато нужна проволока, расплавляемая в газовой среде. В состав самого полуавтомата включают:

  • устройство, снабжающее током (уже упомянутый инвертор либо выпрямитель);
  • блок, подтягивающий проволоку;
  • горелочный модуль;
  • управляющая система;
  • электрические кабели;
  • специальные шланги;
  • резервуары со сварочным газом;
  • катушки с проволокой.

Как работает?

Общее описание принципа действия инверторного аппарата крайне просто. Внутри него ток, имеющий высокую частоту, преобразуется до определенной величины.

Общий процесс вкратце выглядит так:

  • перевод переменного тока в постоянный;
  • снижение напряжения;
  • придание току высокой частоты (да, тут он снова становится переменным);
  • сокращение частоты, позволяющее существенно нарастить силу;
  • новое преобразование в постоянную разновидность электричества;
  • тонкая регулировка силы тока до определенной особенностями задачи величины.

Можно подключать инвертор даже к обычной домашней электросети — он обеспечит необходимые параметры.

Что касается действия сварочного полуавтомата, то оно организуется так:

  • к участку работы подводится проволока;
  • поверхности нагреваются;
  • этот нагрев обуславливает их деформацию;
  • газовая среда поддерживает достаточную степень защиты поверхностей от вредных факторов;
  • на аноде и на металле наблюдается различная поляризация — что, согласно законам физики, приводит к появлению электрического разряда;
  • сварщики самостоятельно следят, чтобы поступало необходимое количество проволоки и достигался оптимальный результат.

Режимы работы

Сварочные аппараты профессионального и полупрофессионального классов часто работают в продолжительном режиме. Так называют их эксплуатацию при стабильной нагрузке в течение времени, которое позволяет достичь установившейся температуры. Важно: при этом температура окружающего воздуха не должна меняться. На продолжительный запуск рассчитывают преимущественно автоматизированную технику.

Существует также и повторяющийся кратковременный режим. Тут тоже предусматривается загрузка на неизменном уровне, но уже на время меньшее, чем нужно для выхода на установившуюся температуру. Это достигается за счет периодических отключений. Важно: в процессе таких отключений аппарат не должен остывать до той же температуры, что и внешняя среда. На время остановок устройство обычно обесточивают.

Повторно-кратковременные программы типичны для сварочных полуавтоматов. Так же могут работать и отдельные автоматы. Чаще всего исходят из того, что сварщик «варит» 60% времени, а остальной промежуток отводится на вспомогательные манипуляции. Именно тогда техника и «отдыхает». Но есть и другие тонкости, определяющие вид сварочного режима.

На него влияют также:

  • количество делаемых проходов (это очень важно!);
  • темп исполнения сварочных работ;
  • напряжение в дуге;
  • сила электричества;
  • поляризация (в варианте с постоянным током);
  • толщина используемой проволоки (или наружное сечение электродов);
  • химический состав этой проволоки либо электродов;
  • геометрическое строение кромок;
  • вид обмазки электродного инструмента;
  • исполнение сварочного шва.

Длину дуги надо удерживать на одном уровне вдоль всей поверхности стыка. Укорачивание этой дуги провоцирует прожиг металла. В тяжелых случаях может прилипать электрод. Если дуга чрезмерно растянута, то она может гаснуть, а при сохранении видимой стабильности — плохо проваривает металл. Для контроля этого показателя опытные сварщики прислушиваются к раздающимся звукам.

Никакой магии или как работает сварочный инвертор

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

Устройство сварочного инвертора

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

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

В чем заключается принцип действия сварочного аппарата инверторного типа?

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

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

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

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

Принципиальная электрическая схема инверторного аппарата

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

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

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

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

Силовой блок

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

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

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

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

Читайте также  Аргонная сварка своими руками из инвертора

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

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

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

Устройство сварочного инвертора

Принцип работы сварочного инвертора

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

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

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

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

Дальше будет много букв – наберитесь терпения .

Сам инверторный сварочный аппарат представляет не что иное, как довольно мощный блок питания. По принципу действия он очень схож с импульсными блоками питания, например, компьютерными блоками питания AT и ATX. Вы спросите: «Чем они похожи? Это ведь абсолютно разные устройства…». Схожесть заключается в принципе преобразования энергии.

Основные этапы преобразования энергии в инверторном сварочном аппарате:

1. Выпрямление переменного напряжения электросети 220V;

2. Преобразование постоянного напряжения в переменное высокой частоты;

3. Понижение высокочастотного напряжения;

4. Выпрямление пониженного высокочастотного напряжения.

Это кратко, так сказать, на пальцах . Такие же преобразования происходят в импульсных блоках питания для ПК.

Спрашивается, а зачем нужны эти пляски с бубном (несколько ступеней преобразования напряжения и тока)? А дело тут вот в чём.

Ранее основным элементом сварочного аппарата являлся мощный силовой трансформатор. Он понижал переменное напряжение электросети и позволял получать от вторичной обмотки огромные токи (десятки – сотни ампер), необходимых для сварки. Как известно, если понизить напряжение на вторичной обмотке трансформатора, то можно во столько же раз увеличить ток, который может отдать нагрузке вторичная обмотка. При этом уменьшается число витков вторичной обмотки, но и растёт диаметр обмоточного провода.

Из-за своей высокой мощности, трансформаторы, которые работают на частоте 50 Гц (такова частота переменного тока электросети), имеют весьма большие размеры и вес.

Чтобы устранить этот недостаток были разработаны инверторные сварочные аппараты. За счёт увеличения рабочей частоты до 60-80 кГц и более, удалось уменьшить габариты, а, следовательно, и вес трансформатора. За счёт увеличения рабочей частоты преобразования в 4 раза удаётся снизить габариты трансформатора в 2 раза. А это приводит к уменьшению веса сварочного аппарата, а также к экономии меди и других материалов на изготовление трансформатора.

Но где взять эти самые 60-80 кГц, если частота переменного тока электросети всего 50 Гц? Тут на выручку приходит инверторная схема, которая состоит из мощных ключевых транзисторов, которые переключаются с частотой 60-80 кГц. Но чтобы транзисторы работали, необходимо подать на них постоянное напряжение. Его получают от выпрямителя. Напряжение электросети выпрямляется мощным диодным мостом и сглаживается фильтрующими конденсаторами. В результате на выходе выпрямителя и фильтра получается постоянное напряжение величиной более 220 вольт. Это первая ступень преобразования.

Вот это напряжение и служит источником питания для инверторной схемы. Мощные транзисторы инвертора подключены к понижающему трансформатору. Как уже говорилось, транзисторы переключаются с огромной частотой в 60-80 кГц, а, следовательно, трансформатор работает также на этой частоте. Но, как уже говорилось, для работы на высоких частотах требуются менее громоздкие трансформаторы, ведь частота то уже не 50 Гц, а все 65000 Гц! В результате трансформатор «сжимается» до весьма малых размеров, а мощность его такая же, как и у здоровенного собрата, который работает на частоте 50 Гц. Думаю, идея понятна.

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

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

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

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

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

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

Сетевой выпрямитель.

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

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

На печатной плате сварочного аппарата TELWIN Force 165 элементы сетевого выпрямителя занимают довольно большую площадь (см. фото выше). Выпрямительный диодный мост установлен на охлаждающий радиатор. Через диодную сборку протекают большие токи и диоды, естественно, нагреваются. Для защиты диодного моста на радиаторе установлен термопредохранитель, который размыкается при превышении температуры радиатора выше 90С 0 . Это элемент защиты.

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

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

Читайте также  Труба стальная в тюмени стоимость

Помеховый фильтр.

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

Инвертор.

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

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

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

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

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

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

Размеры этого самого трансформатора невелики.

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

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

Выходной выпрямитель.

Выходной выпрямитель собран на базе мощных сдвоенных диодов с общим катодом (D32, D33, D34). Эти диоды обладают высоким быстродействием, т. е. они могут быстро открываться и также быстро закрываться. Время восстановления trr of your page —>

Инверторы: принцип работы устройств и преимущества

Содержание:

  1. 1. Устройство и принцип работы инверторов
  2. 2. IGBT или MOSFET?
  3. 3. Три полезные функции
  4. 4. Достоинства инверторов
  5. 5. Вам также может быть интересна статья:

Впервые источник питания для сварочного аппарата на основе инверторной технологии появился в 70-х годах прошлого века, и за прошедшее время он был значительно усовершенствован: появился электронный блок, значительно снизилась цена и существенно увеличилась надежность.

На сегодняшний день инверторный сварочный аппарат является самым совершенным среди сварочных «собратьев». В чем же заключается особенность этого источника питания? Рассмотрим подробнее далее.

Устройство и принцип работы инверторов

Вся суть инверторной технологии заключается в выпрямлении сетевого переменного тока в постоянный сварочный ток с промежуточным изменением его частоты. Как же происходит весь процесс преобразования? Рассмотрим поэтапно, в какой узел попадает ток и куда следует далее:

  • Выпрямитель — его роль играет обычный диод. Именно в этот блок сначала поступает переменный ток с промышленной частотой 50 Гц.
  • Фильтр — состоит из дросселя и конденсатора. Выпрямленный ток попадает в фильтр и сглаживается. В результате образуется постоянный ток, который инвертором преобразуется в переменный с частотой 20-50 кГц. На сегодняшний день существуют технологии, с помощью которых можно получить ток частотой 100 кГц.
  • Силовой трансформатор снижает высокочастотное переменное напряжение до 25-40В и повышает значение тока до необходимого для сварки. Получается, что требуемой силы сварочный ток достигает благодаря преобразованию высокочастотных токов. Такое многоступенчатое преобразование тока и позволяет использовать трансформатор малых размеров. Приведем пример для сравнения: чтобы получить ток 160 А, в обычном сварочном аппарате нужно установить медный трансформатор, который весит почти 18 кг. В инвертор же нужно поставить трансформатор весом всего 250 грамм. Разница просто колоссальная!
  • Высокочастотный выпрямитель выравнивает переменный ток, который далее проходит высокочастотный фильтр, и в итоге мы получаем постоянный сварочный ток.

Все эти процессы преобразования энергии тока контролирует микропроцессорный блок управления, который и является самой дорогой частью инверторного сварочного аппарата.

IGBT или MOSFET?

Сегодня инверторные сварочные аппараты производятся по двум разным полупроводниковым технологиями:

  • IGBT
  • MOSFET

Основное различие между ними — в транзисторах, отличающихся током коммутации. Транзисторы MOSFET, по сравнению с IGBT, имеют большие вес и габариты и стоят дешевле, однако их необходимо, соответственно, и большее количество.

Для наглядного сравнения рассмотрим устройство инвертора с силой тока в 200 А. В том случае, если он будет изготовлен по технологии MOSFET, то он будет содержать около 24 транзисторов MOSFET, а элементов IGBT потребуется в несколько раз меньше — около 10.

Другим немаловажным преимуществом технологии IGBT является возможность работы на более высоких частотах (60-85 кГц), что уменьшает вес инвертора.

Значение температуры, при которой включается термозащита, у IGBT также намного выше (она составляет около 90 °С против 60 °С у MOSFET), а это напрямую влияет на продолжительность непрерывной работы аппарата.

Рассмотрим два инвертора, выполненные по этим разным технологиям, со стороны ремонтопригодности. Оба имеют преимущества: IGBT-инвертор имеет меньшее количество элементов и транзисторов, которые в случае выхода из строя нужно будет менять, а транзисторы в MOSFET-инверторе имеют большие габариты и более простое расположение, что также облегчает их замену.

Три полезные функции

При сварке одна из самых непростых задач — это необходимость держать электрод на расстоянии нескольких миллиметров от поверхности. Если Вы все же коснетесь им металла, то электрод сразу прилипнет к детали и во вторичной обмотке произойдет короткое замыкание. Если его с силой не оторвать, то обычный трансформатор перегреется и сразу включится тепловая защита (а если ее нет, то сгорит обмотка).

Такие процессы часто происходят в обычных сварочных аппаратах, однако инвертор упрощает работу: благодаря функции antistick при малейшем касании поверхности детали моментально снижается сила тока, что исключает прилипание электрода к металлу. И любой пользователь без проблем оторвет его от детали.

С зажиганием дуги тоже не возникнет никаких проблем — в момент инициации автоматически повышается значение сварочного тока (функция HOT START).

В случае, если Вы слишком близко поднесли электрод к заготовке, то с помощью функции arc force повышается значение силы тока. В результате деталь и электрод подплавляются, что позволяет восстановить расстояние между ними, исключая прилипание.

Достоинства инверторов

  • Низкий вес, малые габариты — применение в инверторных сварочных аппаратах малогабаритных высокочастотных трансформаторов позволило существенно снизить габариты и вес инверторных моделей.
  • Защита от перепадов напряжения — такие аппараты практически не зависят от перепадов сетевого напряжения. Они снабжаются системами защиты от перегрузок, резкого падения напряжения.
  • Легкость использования — большинство инверторов обеспечиваются дополнительными функциями antistick, hot arc и arc force. Это делает возможным их эксплуатацию даже новичками, без специальной подготовки.
  • Сварка короткой и длиной дугой – обеспечивает качественный шов на всех видах металлов.

Среди недостатков инверторных сварочных агрегатов можно выделить:

  • Высокую цену по сравнению с другими сварочными аппаратами. Однако, она с каждым годом снижается, ведь производством инверторов занимаются все мировые компании по выпуску сварочного оборудования.
  • Уязвимость микропроцессорной платы управления, которая очень чувствительна к высокому содержанию пыли в воздухе. Но решение этой проблемы найдено довольно простое — нужно периодически продувать аппарат сжатым воздухом от компрессора.

Применение инверторной технологии при производстве сварочных аппаратов стало настоящим прорывом, позволив значительно расширить функциональные возможности «сварочников». На нашем сайте вы найдете широкий ассортимент инверторных сварочных аппаратов, а также расходных материалов и комплектующих деталей. Для получения более подробной информации о конкретных моделях устройств или по оформлению покупки, пожалуйста, звоните по бесплатному номеру телефона 8-800-333-83-28.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: