Удобство использования сварочного инвертора и принцип его работы. Принцип работы инверторной сварки

Как работает инверторный сварочный аппарат: принципы и устройство

Традиционный сварочный аппарат, в состав которого входит в обязательном порядке громоздкий трансформатор, в последнее время активно вытесняется инверторами. Чтобы понять, как работает сварочный инвертор, необходимо разобраться с его конструкцией, принципом действия, эксплуатационными особенностями, что определяет достоинства и выявляет минусы данного устройства.

Инверторный сварочный аппарат используется для сварки различных деталей из металла.

Общие принципы работы инвертора

В отличие от более привычных сварочных трансформаторов, в этом устройстве преобразование электрического напряжения в сварной ток происходит в несколько этапов: посредством маломощного трансформатора, по габаритам почти соизмеримого с пачкой сигарет, и электронной схемы. Также инверторный аппарат имеет систему (блок) управления, которая значительно облегчает процесс сваривания и позволяет формировать качественный шов. Как же работает инверторный сварочный аппарат?

Устройство инверторного сварочного аппарата.

Сначала входной ток в 220 В частотой 50 А проходит через выпрямитель сварочного аппарата, преобразуется в постоянный и попутно сглаживается фильтрами (обычно в виде электролитических конденсаторов). Полученное постоянное напряжение посредством модулятора, собранного на полупроводниках, преобразуется опять в переменное, но уже с более высокой частотой (до 100 кГц). Далее производится выпрямление и понижение напряжения до значения, нужного для сваривания металла.

Использование высокочастотного преобразователя позволило применить трансформатор относительно небольших размеров, в результате чего габариты и масса инверторного аппарата значительно уменьшились. Например, чтобы получить в инверторе сварочный ток в 160 ампер, понадобится трансформатор весом примерно в 0,25 кг: чтобы достичь аналогичного результата на традиционном сварочном агрегате, придется использовать трансформатор весом не менее 18 кг. При работе инверторного сварочного аппарата важную роль играет электроника: она осуществляет обратную связь с электрической дугой, что позволяет жестко регулировать и поддерживать на нужном уровне ее параметры. Их малейшее отклонение тут же «пресекается» микропроцессорами. Все эти «дополнения» гарантируют стабильную дугу, которая гарантирует высокое качество работ при использовании сварочного аппарата инверторного типа.

Вернуться к оглавлению

Как работает основная электронная схема?

Внутреннее устройство сварочного инвертора .

В сетевом выпрямителе электрический ток (220 В) выпрямляется при помощи сильного диодного моста (обычно это диодная сборка), сглаживание пульсаций переменного тока производится за счет электролитических конденсаторов. Т.к. диодный мост при работе сильно нагревается, то его устанавливают на охлаждающие радиаторы. Плюс имеется термопредохранитель, срабатывающий при нагреве диодов более +90°С и защищающий недешевую диодную сборку. Рядом с выпрямительным мостом выделяются своими габаритами электролитические конденсаторы (круглые «бочонки»), емкость которых колеблется в пределах 140-800 мкФ. Дополнительно в сварочный аппарат ставят фильтр, который не допускает возникновения радиопомех.

В схему самого инвертора входят 2 мощных транзистора (чаще MOSFET или IGBT), также устанавливаемые на радиаторы. Эти полупроводники коммутируют ток, проходящий через импульсный трансформатор: при этом частота переключений достигает десятков кГц. В итоге формируется переменный ток большой частоты. Чтобы защитить дорогие транзисторы от выбросов напряжения, применяют защитные цепи, включающие в себя резисторы и конденсаторы небольшой емкости. После того как транзисторы свое «отработали», со вторичной обмотки понижающего трансформатора снимается меньшее напряжение (до 70 В), но ток при этом может быть равен 130-140 и выше ампер.

Электронная схема инверторного сварочного аппарата.

Чтобы на выходе получить постоянное напряжение, используется надежный выходной выпрямитель. Обычно это устройство собирают на основе сдвоенных диодов, имеющих общий катод. Эти приборы отличаются максимальным быстродействием, т.е. быстро открываются и закрываются, при этом время восстановления не превышает 50 наносекунд. Последнее качество очень важно, т.к. эти диоды выпрямляют ток очень высокой частоты: обычные полупроводники с подобной задачей не справились бы, они не успевали бы переключаться. Поэтому при ремонте важно заменять эти диоды на такие же высокочастотные (наиболее распространены приборы типа VS 60CPH03, STTH6003CW, FFh40US30DN), которые должны быть рассчитаны на обратное напряжение 300 В и ток 30 А.

Вернуться к оглавлению

Работа платы управления

Для питания элементов платы применяется стабилизатор напряжения, рассчитанный на 15 В и установленный на теплоотводящий радиатор. Напряжение питания поступает из основного выпрямителя. Одна из функций стабилизатора питания — подача напряжения на реле, обеспечивающее «плавный пуск» устройства. При подаче напряжения начинают заряжаться конденсаторы: при этом напряжение возрастает и, чтобы защитить диодную сборку, применяется схема ограничения, в которую входит мощный (на 8 Вт) резистор. Как только конденсаторы зарядятся, инвертор заработает, реле замкнет свои контакты, и резистор в дальнейшей работе участвовать не будет.

Управление сварочным аппаратом.

Помимо стабилизатора напряжения, в электронной схеме инвертора есть множество других систем, обеспечивающих высокие эксплуатационные качества устройства. Основными из этих электронных блоков является:

Система управления и драйверы: здесь главный элемент — микросхема ШИМ-контроллера, которая «занимается» управлением работы мощных транзисторов;
Регулировочные и контрольные цепи: основной элемент — трансформатор тока, чья задача заключается в контролировании силы тока выходного трансформатора;
Система контроля напряжения питающей сети и тока на выходе: состоит из ОУ (операционного усилителя), собранного на микросхеме (например, LM324). Назначение системы — при необходимости включать аварийную защиту, отслеживать работу и исправность основных элементов электронного блока.

Вернуться к оглавлению

Особые возможности инверторов

Кроме плюса, заключающегося в небольшом весе, сварочные аппараты инверторного типа позволяют применять электроды как для переменного, так и для постоянного тока. Это особенно важно при сваривании элементов из чугуна, цветных металлов. Большинство моделей имеет опции, которые делают процесс сваривания более удобным, особенно эти дополнения подойдут тем, кто только учится владеть сваркой:

горячий старт (или Hot start): задает для розжига электродуги наиболее оптимальные параметры;
антизалипание (или AntiSticking): в случае короткого замыкания ток сваривания автоматически уменьшается до минимального, в результате чего электрод не прилипает к детали:
ArcForce: эта опция выдает оптимальный ток в момент отрыва металла от электрода, что также предотвращает залипание.

Хорошее разжигание дуги в сварочном инверторе реализовано благодаря независимости выходного напряжения от входного, что присутствует в традиционных сварочных устройствах. В обычной сварке слишком малый ток вызывает прилипание электрода, а слишком большой чреват пережигом металлической детали. Т.е. при работе с инвертором нельзя деталь «недожечь» или «пережечь», что гарантирует прочность шва (в нем отсутствуют раковины, трещины).

Еще одна особенность инвертора — необязательность соблюдения длины дуги.

В обычном аппарате нужно выдерживать расстояние до стыка соединяемых деталей примерно в 2 диаметра электрода, иначе величина тока будет меняться. Инверторы держат ток в строго заданных рамках, к тому же он постоянный, а не переменный. Это позволяет не так критично смотреть на длину электродуги, что облегчает работу, особенно если сварщик начинающий. При этом качество шва от длины дуги не зависит.

moiinstrumenty.ru

что необходимо знать о сварочных аппаратах (видео)

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

Конструкция сварочного инвертора.

Инвертор: устройство и принцип действия

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

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

Принципиальная схема сварочного инвертора.

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

Принцип работы инвертора подразумевает несколько ступеней:

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

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

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

Вернуться к оглавлению

Работа с инвертором: оборудование и этапы сварки

Блок-схема полумостового инвертора.

Для сварки инвертором под рукой надо иметь:

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

Этапы сварного дела со сварочным инвертором:

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

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

Вернуться к оглавлению

Преимущества работы со сварочным инвертором

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

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

Способы подключения сварочного инвертора.

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

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

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

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

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

expertsvarki.ru

Принцип работы сварочного инвертора и его устройство (видео)

30 сентября 2015

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

Конструкция сварочного инвертора.

Что такое инвертор

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

Схема инверторного сварочного аппарата.

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

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

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

Подробное описание работы

Принцип работы сварочного аппарата.

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

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

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

Принципиальная электрическая схема сварочного инвертора.

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

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

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

Достоинства инверторов

Способы подключения сварочного инвертора.

Инверторы имеют следующие преимущества:

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

Недостатки инверторов

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

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

Автор:

Иван Иванов

Поделись статьей:

Оцените статью:

Загрузка...

Схема сварочного инвертора: принцип работы

Стандартный инвертор представляет собой систему или прибор для создания переменного напряжения при подключенном постоянном напряжении. Его основная функция прямо противоположна выпрямлению тока. Таким образом, с помощью выпрямителей, переменное напряжение преобразуется в постоянное, и, наоборот, инверторы позволяют осуществлять обратный процесс превращения постоянного напряжения в переменное.

Принцип работы и устройство сварочного инвертора

Инверторная схема используется, практически, во всех современных сварочных аппаратах. Это позволяет существенно снизить их массу и габариты. Для силовых элементов переключения используются полевые транзисторы большой мощности. Принцип действия такой аппаратуры, в целом, одинаковый, отличия в моделях совершенно незначительные.

Стандартный аппарат, по сути, является источником постоянного тока с защитными функциями от перегрева и коротких замыканий. Для самого преобразователя использована полномостовая схема, с частотой до 100 килогерц. Ток регулируется с помощью изменения скважности импульсов, осуществляющих управление с постоянной частотой тока. В преобразователе, каждый из четырех ключей размещается на отдельном радиаторе. В каждом ключе параллельно подключены четыре полевых транзистора.

Сам трансформатор состоит из провода в шелковой изоляции, намотанного прямо на сердечник. Возле него расположен дроссель, последовательно включаемый в первичную обмотку трансформатора. Выпрямитель на выходе имеет двухтактную схему. В каждом его плече находится две диодных сборки, монтируемых на отдельных радиаторах. В состав выпрямителя, подающего питание к преобразователю, входит мост и шесть электролитических конденсаторов, подключенных параллельно.

Общая схема работы сварочного инвертора

В работе сварочного инвертора используется мягкое включение, основой которого является специальное реле. В качестве исполнительного элемента применяется электромагнитное реле, на которое замыкается резистор большой мощности.

Принципиальная схема сварочного инвертора, отвечающая за управление, состоит из таких элементов, как блок питания, сама система мягкого включения, блок конденсаторов и схема, управляющая преобразователем. Передняя панель устройства, обычно оборудуется платой с сигналами индикации, выключателем и регуляторами тока.

electric-220.ru

Устройство инверторного сварочного аппарата

Апрель 28, 2017

Чтобы правильно подобрать оборудование для сварки, нужно знать устройство сварочного инвертора, его принцип работы. Если в этом хорошо разбираться, тогда можно не только работать данным инструментом, но и самостоятельно производить его ремонт.

Сегодня на рынке строительной техники в наличии довольно большое количество моделей инверторов. Это предоставляет возможность выбирать наиболее подходящие инструменты, учитывая собственные финансовые возможности, с потребными для работы функциями. При большом желании сэкономить, даже можно сделать сварочное устройство инверторного типа своими руками.

О конструкции

Инверторный агрегат отличается от традиционного сварочного трансформатора, привычного для каждого сварщика. Процедура изменения типа тока в инверторе осуществляется иначе, она состоит из нескольких этапов, для чего используется мини-трансформатор, немного большего размера, чем пачка сигарет.Еще инструмент такого типа отличается наличием электронной системы управления, которая существенно упрощает сварочные работы. Также, благодаря данной системе, соединительные швы получаются более качественными. Большинство пользователей инверторной сваркой оставляют исключительно положительные отзывы, в первую очередь, из-за качественного шва, компактности инструмента.

Электрическая схема

В устройство сварочного инвертора входят следующие компоненты:

Генератор импульсов высокой частоты – инверторный блок, в конструкцию которого входят транзисторы высокого качества.
Выпрямитель переменного тока, подаваемого от стандартной электросети.
Выпрямитель переменного тока высокой частоты.
Трансформатор, повышающий высокочастотный ток, уменьшающий высокочастотное напряжение.
Рабочий шунт.
Электронный блок управления аппаратом.
Пускозарядное устройство.

Какими бы свойствами ни обладала конкретная модель инверторного устройства, принцип работы одинаков. Он основан на применении импульсного преобразователя повышенной частоты.

Блок управления

Основное преимущество инверторного прибора – наличие блока управления оборудованием. Электроника имеет довольно большое значение в процессе эксплуатации аппарата, так как за счет нее происходит обратная связь. Она позволяет осуществлять в полном объеме контроль над электрической дугой, то есть удерживать ее необходимые рабочие параметры.

Выходной выпрямитель

Чтоб на выходе образовался ток постоянного типа, для полуавтоматической сварки используют качественные выходные выпрямители. В основании подобной схемы заложены двойные диоды с общим катодом. Подобные компоненты характеризуются повышенной рабочей скоростью, они моментально открываются, закрываются. Период реакции диодов такого типа составляет порядка пятидесяти наносекунд. Скорость имеет значение в работе.

Электронная система

Такая система с зарядным устройством от пятнадцати вольтовых стабилизаторов напряжения, которые смонтированы на радиаторах. Напряжение подает главный выпрямитель. При подаче напряжения, которое в данный момент растет, нужно заряжать в первую очередь конденсаторы.

Диодная сборка защищена ограничительной схемой, оснащенной мощным резистором. После полноценной зарядки конденсаторов зарядным устройством сварка начнет работать. Замыкаются реле контакты, при этом резистор участия не принимает.

Дополнительные элементы

Система управления, драйверы. Здесь основной элемент – это микросхема ШИМ-контролера, которая обеспечивает управление транзисторами большой мощности.
Контрольные, регулировочные цепи разной конфигурации. Основной компонент в данном случае – трансформатор, задача которого – контроль параметров тока.
Пусковое устройство из сварочного агрегата.
Блок контроля напряжения, параметров тока в электросети. Эта система включает операционный усилитель, выполненный на основе микросхемы. Основное предназначение блока – пуск аварийной защиты при острой ситуации. Также система следит за исправностью электроблока, отслеживает его работу.

Принцип работы прибора

Устройство инверторного сварочного аппарата предполагает работу оборудования следующим образом:

Переменный ток электросети меняется постоянным. При этом напряжение равно 220В. Постоянный ток, поступивший от подающего устройства, снова меняется переменным, но уже высокочастотным.
Напряжение переменного тока повышенной частоты уменьшается. Это существенно повышает силу тока.
Образовавшийся высокочастотный электроток с пониженным напряжением, большей силой сменяется постоянным, на котором осуществляются сварочные работы.

Основным видом сварочных устройств, применяемых раньше, были трансформаторные аппараты, которые увеличивали сварочный ток, уменьшая напряжение. Основные недостатки подобных инструментов, находящихся в эксплуатации по сегодняшний день — это низкий КПД (большие затраты электроэнергии на нагревание железа), значительная масса, габариты оборудования.

Изобретение полуавтомата инверторного типа, в котором регулировка силы сварочного тока осуществляется абсолютно по другой технологии, предоставило возможность существенно уменьшить массу агрегата, сделать его более компактным. Благодаря высокой частоте осуществляется эффективная регулировка тока. Чем частота больше, тем размеры устройства могут быть меньше.

Преимущества инверторных установок

Если сравнивать такие агрегаты для сварки с трансформаторными установками, то можно выделить следующие преимущества инверторов:

Надежность
Универсальность
Удобство, простота управления
Небольшая масса, размеры прибора
Возможность применения в бытовых условиях.

Подводим итог

Благодаря вышеперечисленным характеристикам инверторные агрегаты пользуются сегодня у профессиональных сварщиков огромным спросом. С компактным, легким инструментом намного комфортнее осуществлять монтажные работы разного типа. Аппарат, масса которого составляет всего порядки пяти килограмм, можно повесить через плечо и спокойно выполнять сварочные работы, при этом стоя на лестнице.

Это универсальное оборудование прекрасно подойдет для молодых, еще не имеющих достаточного опыта сварщиков, так как легкий розжиг, стабильность горения обеспечивает электронная система управления, которой оснащены инверторы. По данным критериям в сравнении не идут даже трансформаторы высокого качества.

electrod.biz

Устройство и принцип работы сварочного аппарата инверторного и трансформаторно типа

Трудно недооценить необходимость сварочных аппаратов в домашнем или дачном хозяйстве. Простота конструкции устройства позволяет производить их сборку самостоятельно.

Однако качество выполняемых работ зависит не только от умений, но и внутреннего устройства изделия. Данная статья посвящена устройству и принципам работы этих аппаратов.

Назначение

Сварочный аппарат относится к классу электрических устройств, предназначенных для формирования напряжения питания сварочной дуги. Принцип работы сварочного аппарата основан на преобразовании напряжения сети в сварочную дугу. Поскольку в дуге присутствуют большие токи (до 250 А), то чтобы их получить используют подход понижения напряжения питания дуги. Основная задача конструкции обеспечить устойчивую дугу, температура горения которой может доходить до нескольких тысяч градусов.

Типы сварочных аппаратов

Существует большое количество классификационных признаков, но в конструктивном плане электрические сварочные аппараты подразделяются на:

трансформаторные;
выпрямительные;
инверторные.

Устройство и принцип работы инверторной сварки

Устройство и принцип работы сварочного аппарата трансформаторного типа предполагают, что поддержание стабильности дуги при сварке происходит путём изменения индуктивного сопротивления вторичной (нагрузочной) обмотки. Это достигается введением реактивной катушки, а в мощных версиях – специальными магнитными шунтами.

Популярное решение состоит в раздвижении катушек, что приводит к изменению магнитного потока, в, свою очередь, к регулированию тока. Выпрямительная схема – самая простая. Регулировку выходного тока организуют с помощью тиристоров. Лучшими нагрузочными характеристиками обладает трёхфазная схема выпрямления.

В сварочном аппарате инверторного типа используется принцип двукратного преобразования переменного в постоянное напряжение. Сложность конструкции оправдывается достижимыми техническими характеристиками, влияющими на конечные характеристики сварочной дуги.

Характеристики

К основным техническим показателям агрегата относятся:

мощность;
напряжение питания;
характеристика холостого хода;
диапазон тока сварки;
диаметр поддерживаемых электродов;
защита от перегрева.

Преимущества сварки постоянным током

Сварочные конструкции, работающие на постоянном токе, более предпочтительны по сравнению с их "переменнотоковыми собратьями". К ним относятся:

мягкость поджига дуги;
возможность работы с тонкостенными предметами;
меньшее разбрызгивание металла;
создание аккуратно проваренного шва;
отсутствие неприятного, раздражающего треска.

Эти преимущества достигаются исключением прерывистости при горении дуги, которая объясняется синусоидальным характером выходного тока: дуга пропадает при прохождении нулевого уровня.

Сварочный аппарат инверторного типа – эффективное решение

Принцип работы сварочного аппарата инверторного типа использует преобразование сетевого напряжения в постоянное. Далее происходит преобразование выпрямленного напряжения в высокочастотное.

Именно эту операцию реализует инвертор. Используя широтно-импульсное модулирование (ШИМ) происходит регулирование выходного тока. Этот принцип регулирования основан на изменении длительности выходных импульсов.

Этот агрегат вмещает:

питание силовой части;
непосредственно силовую часть;
ШИМ-регулятор;
питание слаботочной части;
управление, защита, индикация.

Достоинства

Инверторный тип сварки обладает рядом преимуществ, благодаря которым он заслужил доверие пользователей и популярность. Вот они:

малые габариты и масса конечного изделия за счёт отсутствия силового трансформатора;
плавность регулировки выходного тока, реализованная на основе ШИМ-контроллера, позволяет делать ровный шов;
возможность запоминания часто используемых режимов из-за наличия устройств памяти;
широкий спектр нагрузочных характеристик вплоть до плазменной резки.

Недостатками изделия считаются сложность и стоимость конструкции.

Таким образом, учитывая все достоинства и недостатки сварочника выполнение "тонких" сварочных работ следует доверить аппаратам инверторного типа. Но, как всегда, главный выбор за пользователем.

Видео:

Loading ...

Понравилась статья? Нажимай

Спасибо Вам за добавление этой статьи в:

rmnt.net

КЭП Маркони - Как работает сварочный аппарат инверторного типа

Сварочный инвертор это устройство преобразующее входной переменный ток в постоянный, далее с помощью транзисторных ключей постоянный ток преобразуется в переменный с частотой выше 50кГц и подаётся на высокочастотный сварочный трансформатор с последующим выпрямлением. Система управления с помощью обратных связей формирует идеальные выходные характеристики для любого способа сварки.

Благодаря высокой частоте, вес и размеры силового трансформатора снижаются в разы по сравнению с традиционными сварочными аппаратами. Например, обычный сварочный трансформатор на 160А весит 18кг, в то время как силовой трансформатор сварочного инвертора на 160А весит всего 0,25кг и по размерам чуть больше пачки сигарет.

Сварочные инверторы являются наиболее современными источниками сварочного тока. В отличие от трансформаторов и выпрямителей, у инверторов отсутствует силовой трансформатор. Работа сварочного инвертора построена на принципе фазового сдвига (инверсии) напряжения, осуществляемого электронной микропроцессорной схемой с покаскадным усилением тока (обычно микропроцессором типа IGBT). За счёт применения такого принципа удаётся получить широкий спектр вольт-амперных характеристик - от крутопадающей до возрастающей - с очень гладкой кривой тока, отклонения которого снижены до уровня десятых долей процента, что позволяет добиваться высокого качества сварки. Включение в схему высокочастотного генератора расширяет сферу применения инверторных источников питания и позволяет использовать их практически для любого метода дуговой сварки и для плазменной резки.За счёт небольшой массы, инверторы малой мощности очень перспективны для использования при монтаже ответственных металлоконструкций и трубопроводов, к сварным соединениям которых предъявляются повышенные требования, а условия работы не позволяют применять громоздкое промышленное оборудование, предназначенное для работы в цеховых условиях. Мощные инверторы промышленного типа позволяют создавать сварочные комплексы для любого вида дуговой сварки, построенные по модульному принципу - на основе одного источника тока. Все инверторы имеют плавную регулировку сварочного тока, а цифровая схема микропроцессора и введение ячеек памяти позволяет организовать запоминание нескольких наиболее часто применяемых режимов сварки.

Преимущества инверторных аппаратов:

1. Малый вес (5-10 кг) и скромные размеры сварочных инверторов позволяют производить сварку, легко перемещаясь вместе с аппаратом;

2. В инверторе нет силового трансформатора, а значит нет внутренних потерь на перемагничивание железа, на нагрев обмоток при взаимодействии их электромагнитных полей, на поглощение части электромагнитной индукции регулировочным шунтом - то есть КПД инвертора просто несопоставим с КПД обычного сварочного трансформатора или выпрямителя. Так, при сварке электродом диаметром 3 мм обычный аппарат потребляет не менее 6-7 кВт, а любой, даже самый простенький инвертор не более 4 кВт;

3. Микропроцессорное управление сварочного инвертора обеспечивает устойчивую обратную связь тока и напряжения на дуге с выходными параметрами аппарата - при зажигании дуги аппарат генерирует дополнительный импульс тока (так называемый "горячий старт"), а при коротком замыкании сварочный ток сразу отключается - то есть "приморозить" электрод здесь практически невозможно;

4. Сварочный инвертор имеет значительно более широкий, чем у обычного аппарата, диапазон регулировки сварочного тока, что особенно важно при сварке тонкими электродами (диаметром 1,6 или 2 мм) - дуга на малых токах "шепчет", брызг нет - не сварка, а одно удовольствие.

5. Что же касается стоимости сварочных инверторов, то она уже достаточно давно, и не без участия производителей из КНР, вплотную приблизилась к стоимости традиционных сварочных аппаратов, тем более, что цены на обычные аппараты тоже на месте не стоят - так что разница в цене заслуженная.

Недостатки:

Здесь надо четко различать:

- эксплуатация на производстве;

- использование аппарата дома, в гараже, на даче.

На производстве основной враг инвертора пыль, причем любая - и от "болгарки" и от реконструкции стен.

На втором месте - желание, с помощью ивертора, разрезать пополам рельс. Разумеется, такие желания не всегда совпадают с возможностями аппарата, тем более что резать такой "сварщик" старается быстро и тепловое реле аппарата просто не успевает среагировать на такую сверхнагрузку. В результате дорогостоящий модуль I.G.B.T. - "сердце" аппарата, выходит из строя прежде, чем аппарат отключится сам.

Дальше идут такие "мелочи" как небрежное обращение с аппаратом, продолжение его эксплуатации при появлении явных признаков неисправности, ослабление фиксации сварочных кабелей в панельных гнездах, да и просто передача инвертора неквалифицированному сварщику, хотя и "асы" тоже бывают хороши.

Что же касается эксплуатации аппарата в быту, то здесь характерны следующие проблемы: заметно низкое (ниже 180В) напряжение в дачной или гаражной электросети (владелец аппарата даже и в этом случае, по наивности, ждет от него эффективной работы), а второе место делят между собой зимнее хранение аппарата в сарае или в гараже и передача аппарата соседу.

Но в большинстве случаев, аппараты у частных владельцев живут долго и счастливо.

Есть у сварочных инверторов еще одна особенность. Это труднопроизносимое название. Многие так и норовят сказать "инвектор". Впрочем, на отличные потребительские характеристики инверторов это почти не влияет.

Принцип действия инвертора.

Инвертор - это устройство, преобразующее постоянное напряжение в высокочастотное переменное. Конвертор - устройство для понижения или увеличения постоянного напряжения, иногда с промежуточным высокочастотным звеном. С появлением инверторных источников более простые неинверторные стали называть конвенциональными, т.е. традиционными.

Схема выпрямителя с двухтактным транзисторным (рис.1) инвертором наиболее удобна для объяснения процесса инвертирования. Входной выпрямительный блок V1 преобразует переменное напряжение сети в постоянное, которое сглаживается с помощью низкочастотного фильтра L1, С1. Затем выпрямленное напряжение Uвс преобразуется в однофазное переменное U1 высокой частоты с помощью инвертора на двух транзисторах VT1 и VT2. Далее напряжение понижается трансформатором Т до U2, выпрямляется блоком вентилей V2, проходит через высокочастотный фильтр L2, С2 и подается на дугу в виде сглаженного напряжения.

Схема выпрямителя с транзисторным инвертором

Подробнее рассмотрим процесс инвертирования. При подаче сигнала на базу транзистора VT1 отпирается его коллекторная цепь, и по первичной обмотке трансформатора Т в интервале времени t1 протекает ток в направлении, показанном тонкой линией. При снятии сигнала с базы этот ток прекращается. С некоторой задержкой отпирается транзистор VT2, при этом в интервале времени t2 ток по трансформатору идет уже в другом направлении, показанном пунктиром. Таким образом, по первичной обмотке трансформатора идет переменный ток. Длительность его периода Т и частота переменного тока f = 1/Т зависят от частоты запуска транзисторов, определяемой системой управления. Обычно частота устанавливается на уровне 1-100 кГц. Поскольку эта частота не зависит от частоты сети, такой инвертор называют автономным. Иногда инвертор конструктивно объединяют с трансформатором Т, выпрямительным блоком V2 и фильтром L2-C2. Такое устройство называют конвертором, у него на выходе, как и на входе, постоянное напряжение, но меньшей величины.

Если на входе инвертора установлен мощный накопительный конденсатор С1, то напряжение инвертора U1 имеет прямоугольную форму, как показано на рис.2. Такую конструкцию называют автономным инвертором напряжения (АИН). Напротив, если на входе инвертора установить мощный дроссель L1, а обмотку трансформатора Т шунтировать конденсатором, то сглажен будет уже входной ток. Такой преобразователь называется инвертором тока (АИТ). Наконец, возможна конструкция, в которой благодаря наличию последовательно соединенных индуктивности и емкости образуется колебательный контур с синусоидальным током, она названа резонансным инвертором (АИР).

Регулирование режима сварки осуществляется несколькими способами. Например, если входной выпрямительный блок выполнить тиристорным, то при увеличении напряжения Uвс увеличивается и амплитуда высокочастотного напряжения U2 и среднее значение Uв выпрямленного напряжения (рис.2а):

Uвс ↑ => U1 ↑ => U2 ↑ => Uв ↑

Возможно также регулирование изменением частоты импульсов (рис.2б):

f ↑ => T ↓ => Uв ↑

Но наибольшее распространение получил способ широтно-импульсного регулирования (рис.2в):

t ↑ => Uв ↑,

поскольку при постоянной частоте облегчается выбор параметров выходного фильтра, а также снижается спектр электромагнитных помех, которые легче устранить входным фильтром.

Осциллограммы при регулировании напряжения изменением амплитуды (а), частоты (б) и ширины импульсов (в).

В выпрямителе с инвертором используется амплитудное, частотное и широтное регулирование режима.

Естественные внешние характеристики выпрямителя зависят от конструкции инвертора и трансформатора. Искусственные характеристики формируются с помощью обратных связей по току и напряжению.

Сварочные свойства выпрямителей с инвертором, как правило, лучше, чем у конвенциональных источников, и объясняется это высоким быстродействием инвертора. Если у неинверторного однофазного выпрямителя длительность переходного процесса составляет не менее полупериода стандартного переменного тока, т. е. около 0,01 с, то у выпрямителя с инвертором быстродействие характеризуется значениями 0,0005 с и меньше. При механизированной сварке в углекислом газе такой выпрямитель способен обеспечить сложный алгоритм изменения тока с целью управления переносом электродного металла при длительности отдельных этапов цикла около 1 мс. Высокие динамические свойства выпрямителя с инвертором проявляются и в случае программного управления процессом ручной дуговой сварки, например по циклограмме. В этом случае легко обеспечивается горячий пуск в начале сварки, быстрый переход от одного из заранее настроенных режимов к другому при попеременной сварке то нижних, то вертикальных швов, сварка пульсирующей дугой с регулируемой формой импульса и т. д.

Достоинства и недостатки выпрямителя с инвертором тесно связаны друг с другом. Здесь энергия претерпевает по крайней мере четыре ступени преобразования. Тем не менее, такой выпрямитель экономичен и весьма перспективен. Дело в том, что сердечник высокочастотного трансформатора имеет очень малые сечение и массу. Обычно сердечник весит в десятки раз меньше, чем сердечник трансформатора на 50 Гц. В целом, такой выпрямитель имеет замечательные массо-энергетические характеристики: 0,02-0,1 кг на 1 А сварочного тока и 1-4 кг на 1 кВт потребляемой мощности, т. е. весит в 5-15 раз меньше других выпрямителей.

Выпрямитель с инвертором пока еще дороже конвенциональных источников, поэтому его рекомендуют использовать в тех случаях, где имеют значение малые масса и габариты - при сварке на монтаже, в быту, на ремонтных работах. В эксплуатации такой источник чрезвычайно экономичен. Его коэффициент мощности близок к 1, КПД не ниже 0,7, а иногда достигает 0,9.

kepmarkoni.ucoz.ru