Принцип работы сварочного инвертора: как устроен аппарат

История появления преобразователя

В конце 19 века американский электрик Томас Эдисон (1847-1931) вышел из своей лаборатории, чтобы показать, что постоянный ток (DC) был лучшим способом доставки электричества, чем переменный ток (AC), который был новой системой его сербский соперник Никола Тесла (1856-1943). Эдисон испробовал всевозможные хитрые способы убедить людей в том, что переменный ток слишком опасен, от электрочистки слона до поддержки использования переменного тока в электрическом стуле для ограничения смертной казни. Как бы то ни было, в тот день победила система Теслы, и с тех пор мир работает практически в сети.

Единственная проблема заключается в том, что, хотя многие из наших приборов рассчитаны на работу от переменного тока, маломощные генераторы часто производят постоянный ток. Это означает, что если вы хотите запустить что-то вроде устройства с питанием переменного тока от батареи постоянного тока в мобильном доме, вам понадобится устройство, которое преобразует постоянный ток в инвертор переменного тока, как это называется.

Электричество постоянного и переменного тока

Когда преподаватели естественных наук объясняют основную идею электричества как потока электронов, они обычно говорят о постоянном токе (DC). Мы узнаем, что электроны чем-то напоминают вереницу муравьев, которые передвигаются с пакетами электрической энергии точно так же, как муравьи несут листья. Это хорошая аналогия для чего-то вроде простого фонарика, где у нас есть цепь (сплошная электрическая петля), которая соединяет батарею, лампу и выключатель, и электрическая энергия систематически передается от батареи к лампе до тех пор, пока не выключатели включены, батарея разряжена.

В крупных приборах электричество работает иначе. Источник питания, поступающий от настенной розетки, основан на переменном токе (AC), где электричество меняет направление 50-60 раз в секунду (другими словами, с частотой 50-60 Гц). Трудно понять, как переменный ток поставляет энергию, когда он постоянно меняет свое мнение о том, куда он идет. Если электроны, выходящие из настенной розетки, опускаются, скажем, на несколько миллиметров вниз по проводу, то вам нужно изменить направление и вернуться, как они попадают в настольную лампу, чтобы зажечься?

Ответ довольно прост. Представьте, что между лампой и стеной находятся упакованные электроны. Когда вы щелкаете выключателем, все электроны, заполняющие провод, колеблются взад и вперед в нити накала лампы, и это быстрое смешивание преобразует электрическую энергию в тепло, и лампа загорается. Электронам не нужно ходить по кругу, чтобы нести энергию: в переменном токе они просто «бегут на месте».

Что предстваляет собой инвертор

Одним из наследий Теслы (и его делового партнера Джорджа Вестингауза, главы Westinghouse Electrical Company) является то, что большинство приборов, которые есть в наших домах, разработаны специально для работы от сети переменного тока. Приборы, которые требуют постоянного тока, но получают питание от розетки переменного тока, нуждаются в дополнительном оборудовании, называемом выпрямителем, обычно это электронные компоненты, называемые диодами, для преобразования переменного тока в постоянный.

Инвестор делает противоположную работу, и довольно легко понять, как это сделать. Допустим, у вас есть батарея в фонарике, а переключатель замкнут, поэтому постоянный ток течет по цепи всегда в том же направлении, что и гоночный автомобиль на трассе. Теперь, если вы вытащите батарею и развернете ее, предполагая, что она совпадает с другой стороной, она почти наверняка по-прежнему будет излучать свет, и вы не заметите никакой разницы в освещении, которое вы получите, но электрический ток будет течь в противоположном направлении.

Предположим, у вас молниеносные руки и достаточно ловкости, чтобы переворачивать аккумулятор 50-60 раз в секунду. Так вы станете своего рода механическим инвертором, преобразующим постоянный ток от аккумулятора в переменный с частотой 50-60 Гц.

Конечно, инверторы, которые вы покупаете в магазинах электротоваров, так не работают, хотя некоторые из них действительно механические: в них используются электромагнитные переключатели, которые быстро меняют направление тока. Подобные инверторы часто производят прямоугольную волну на выходе: ток течет в одну или другую сторону или мгновенно переключается между двумя состояниями.

Такие резкие изменения направления опасны для некоторых видов электрооборудования. При нормальном питании переменного тока он постепенно меняется с одной стороны на другую, как синусоида.

Электронные инверторы могут использоваться для создания такого типа выходного переменного тока, который плавно изменяется от входного постоянного тока. Они используют электронные компоненты, называемые катушками индуктивности и конденсаторами, для увеличения и уменьшения выходного тока, а не прямоугольную волну включения / выключения, которую вы получаете с базовым инвертором.

Инверторы также можно использовать с трансформаторами для изменения определенного входного напряжения постоянного тока на совершенно другое (более высокое или низкое) выходное напряжение переменного тока, но выходная мощность всегда должна быть меньше входной мощности. Из закона сохранения энергии следует, что инвертор и трансформатор не могут производить больше энергии, чем потребляют, и часть энергии должна теряться в виде тепла при протекании электричества через различные электрические компоненты и электронику. На практике КПД инвертора часто превышает 90 процентов, хотя базовая физика говорит нам, что какая-то часть энергии, какой бы она ни была, всегда где-то тратится впустую.

Устройство и основные характеристики инверторов

Инверторные устройства имеют совершенно другую электрическую схему, основанную на использовании полупроводниковых приборов — диодов, тиристоров, транзисторов.

Сетевой выпрямитель.

Как уже было сказано, в первую очередь переменный ток 220 В выпрямляется мощным диодным мостом и фильтруется электролитическими конденсаторами. Это необходимо для того, чтобы переменный ток из сети с частотой 50 герц стал постоянным. Конденсаторы С21, С22 необходимы для сглаживания волн выпрямленного напряжения, которые всегда присутствуют после диодного выпрямителя. Выпрямитель выполнен по классической схеме диодного моста. Он выполнен на диодной матрице PD1.

Нужно знать, что напряжение на конденсаторах фильтра будет в 1,41 раза выше, чем на выходе диодного моста. Следовательно, если после диодного моста мы получим пульсирующее напряжение 220 В, то на конденсаторах уже будет постоянное напряжение 310 В (220 В * 1,41 = 310,2 В). Обычно рабочее напряжение ограничивается 250 В (ведь напряжение в сети может быть завышено). Тогда на выходе фильтра получим все 350В. Именно поэтому конденсаторы имеют рабочее напряжение 400В, с запасом.

Что в железе?

На печатной плате сварочного аппарата TELWIN Force 165 элементы сетевого выпрямителя занимают достаточно большую площадь (см фото выше). Диодный мост выпрямителя смонтирован на радиаторе охлаждения. Через диодную матрицу протекают большие токи, и диоды естественным образом нагреваются. Для защиты диодного моста на радиаторе установлен термопредохранитель, который размыкается, когда температура радиатора превышает 90°С. Это защитный элемент.

В выпрямителе используются диодные матрицы (диодный мост) типа GBPC3508 или аналогичные. Комплект GBPC3508 рассчитан на постоянный ток (I0) — 35А, обратное напряжение (VR) — 800В.

После диодного моста установлены два электролитических конденсатора (звуковые бочки) емкостью по 680 мкФ на рабочее напряжение 400В. Емкость конденсаторов зависит от модели устройства. В модели TELWIN Tecnica 144 — 470 мкФ, а в TELWIN Tecnica 164 — 680 мкФ. Напряжение постоянного тока от выпрямителя и фильтра подается на инвертор.

Помеховый фильтр.

Для предотвращения попадания в электросеть высокочастотных помех, возникающих при работе мощного инвертора, перед выпрямителем установлен ЭМС-фильтр — электромагнитная совместимость. На английском языке аббревиатура EMC расшифровывается как EMC (ElectroMagnetic Compatibility). Если посмотреть на схему, то фильтр ЭМС состоит из элементов С1, С8, С15 и дросселя в кольцевом магнитопроводе Т4.

Инвертор.

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

Давайте еще раз взглянем на принципиальную схему и найдем в ней элементы инвертора.

Напряжение постоянного тока переключается транзисторами Q5 и Q8 через обмотку импульсного трансформатора Т3 с частотой, значительно превышающей частоту сети. Частота переключения может составлять несколько десятков килогерц! Фактически создается переменный ток, как и в сети, но только он имеет частоту в несколько десятков килогерц и прямоугольную форму.

RC-демпферные цепи R46C25, R63C30 служат для защиты транзисторов от опасных перенапряжений.

Для понижения напряжения используется высокочастотный трансформатор Т3. С помощью транзисторов Q5, Q8 напряжение, поступающее от сетевого выпрямителя (DC+, DC-), изменяется через первичную обмотку трансформатора Т3 (обмотка 1-2). Это то самое постоянное напряжение 310 — 350В, которое было получено на первом этапе преобразования.

Благодаря переключающим транзисторам постоянное напряжение преобразуется в переменное. Как известно, трансформаторы не преобразуют постоянный ток. Со вторичной обмотки трансформатора Т3 (обмотка 5-6) уже снимается значительно меньшее напряжение (около 60-70 вольт), но максимальный ток может достигать 120-130 ампер! Это основная роль трансформатора Т3. Через первичную обмотку протекает небольшой ток, но большое напряжение. Со вторичной обмотки уже снято маленькое напряжение, но большой ток.

Размеры самого этого трансформатора небольшие.

Его вторичная обмотка выполнена из нескольких витков изолированного медного провода. Сечение провода впечатляет, и неудивительно, что ток в обмотке может достигать 130 ампер!

Кроме того, высокочастотный переменный ток выпрямляется со вторичной обмотки импульсного трансформатора мощными диодными выпрямителями. С выхода выпрямителя (OUT+, OUT-) снимается электрический ток с требуемыми параметрами. Это необходимо для пайки.

Выходной выпрямитель.

Выходной выпрямитель собран на базе мощных сдвоенных диодов с общим катодом (Д32, Д33, Д34). Эти диоды очень быстрые, то есть могут быстро открываться и так же быстро закрываться. Время восстановления trr < 50 нс (50 наносекунд).

Это свойство очень важно, поскольку они выпрямляют переменный ток высокой частоты (десятки килогерц). Обычные выпрямительные диоды с такой задачей не справились бы; они просто не успеют открыться и закрыться, нагреются и выйдут из строя. Поэтому в случае ремонта необходимо заменить диоды в выходном выпрямителе на быстродействующие диоды.

В выпрямителе используются сдвоенные диоды марок STTH6003CW, FFH30US30DN, VS-60CPH03 (мы их еще найдем). Все эти диоды аналоговые, рассчитаны на прямой ток 30 ампер на диод (60 ампер на оба) и обратное напряжение 300 вольт. Устанавливается на радиатор.

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

Схема запуска и реализация «мягкого пуска».

Для питания микросхем и элементов, находящихся на плате управления, используется интегральный стабилизатор на 15 вольт — LM7815A. Он установлен на радиаторе. Напряжение питания на стабилизатор подается от основного выпрямителя PD1 через два последовательно соединенных резистора R18, R35 (6,8 кОм 5Вт). Эти резисторы снижают напряжение и участвуют в запуске цепи.

Напряжение +15 В со стабилизатора U3 (LM7815A) поступает на схему управления. Также, когда схема управления и контроллер «толкают» мощную схему инвертора, на дополнительной вторичной обмотке трансформатора Т3 (обмотка 3-4) появляется напряжение, которое выпрямляется диодом Д11.

Через диод D9 подается напряжение питания на интегральный стабилизатор LM7815A и теперь схема так сказать «запитана». Вот такая сложная «фишка».

Выпрямленное напряжение после диода D11 также питает реле RL1, вентилятор охлаждения V1 и светодиодный индикатор D10 (зеленый — «зеленый»). Резисторы R40, R41, R65, R37 отключают избыточное напряжение. Для стабилизации напряжения питания вентилятора V1 (12В) используется стабилитрон Д36 мощностью 5 Вт на 12В.

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

В момент включения сварочного аппарата начинается зарядка электролитических конденсаторов. Сначала зарядный ток очень велик и может вызвать перегрев и выход из строя диодов выпрямителя. Для защиты диодной матрицы от повреждения зарядным током используется схема ограничения заряда (или «мягкий пуск»). Давайте посмотрим на диаграмму.

Основным элементом схемы «мягкого пуска» является резистор R4, мощность которого 8Вт (8 Вт). Сопротивление сопротивления — 47 Ом. Именно на него возложена функция ограничения зарядного тока в первые моменты после включения.

После окончания заряда конденсаторов и начала нормальной работы инвертора электромагнитное реле RL1 замыкает контакты. Контакты реле шунтируют резистор R4, и в дальнейшем он не будет участвовать в работе схемы, так как весь ток проходит через контакты реле. Таким образом, осуществляется плавный пуск.

На плате инвертора TELWIN Force 165 также можно найти элементы схемы плавного пуска. Реле RL1 — электромагнитное реле модели Finder на рабочее напряжение 24В (параметры контактов реле 16А 250В~).

Итак, мы узнали, что сварочный инвертор состоит из сетевого выпрямителя 220В, мощного транзисторного инвертора, понижающего трансформатора и выходного выпрямителя. Это силовые части схемы. По ним текут огромные потоки.

Принцип работы инвертора

Как уже отмечалось, инверторы вошли в практику сварочных работ не так давно – в конце 20 века. Этот тип устройства основан на принципе изменения напряжения. Такое решение позволяет увеличить силу и частоту тока. Следует отметить, что используемое для работы инверторное устройство содержит достаточно сложную схему, в рамках которой реализованы следующие процессы:

Инверторные сварочные аппараты

1. Переменный ток, подаваемый на инвертор, преобразуется в постоянный ток. Изменение параметров тока происходит в устройстве, которое собрано с использованием диодного моста.
2. Полученный ток передается на инвертор, играющий роль генератора высокочастотных импульсов. В блоке транзисторов происходит обратное преобразование постоянного тока в переменный. Но принимаемый ток имеет значительно большую частоту, чем исходящий от источника питания.
3. На трансформатор подается ток высокой частоты. Это устройство снижает напряжение и одновременно увеличивает ток. Поскольку трансформатор, который используется для работы с токами высокой частоты, имеет небольшие габариты, все это сказывается на общих весовых характеристиках инвертора.
4. Пройдя через трансформатор, переменный ток с новыми параметрами поступает в выпрямитель, где вновь преобразуется в постоянный ток, который используется для сварки.

Инверторная сварка для начинающих

Следует отметить, что инверторные устройства, в отличие от устройств трансформаторного типа, потребляют вдвое меньше энергии. Кроме того, параметры тока, поступающего от аппарата, обеспечивают стабильное зажигание и горение сварочной дуги во время сварки.

Пояснения на схеме

Принцип работы сварочного аппарата, построенного на базе инвертора, поясняется схемой.

Блок-схема сварочного инвертора начинается с обозначения входящего тока и выпрямителя. Сетевое напряжение выпрямляется с помощью моста из мощных диодов, установленных на радиаторах для рассеивания выделяющегося тепла.

Форма выпрямленного напряжения, имеющая крутые пульсации, схематично представлена ​​в квадрате схемы, соответствующем выпрямителю.

Перед входом в инвертор, в общем-то являющийся преобразователем напряжения, пульсации фильтруются с помощью конденсаторов большой емкости (на блок-схеме не показаны).

В инверторе поступающее постоянное напряжение преобразуется в высокочастотное переменное напряжение. Преобразование осуществляется высокочастотным переключением мощных ключевых полевых транзисторов, созданных по технологии IGBT.

При работе транзисторов выделяется много энергии, поэтому их монтируют на массивные алюминиевые радиаторы. В свою очередь работой транзисторов управляет высокочастотный генератор, в основе которого лежит микросхема-контроллер, работающая по принципу широтно-импульсной модуляции.

В этой части принципиальная схема сварочного инвертора повторяет схемы импульсных источников питания, используемых в электронной технике с прошлого века.

Полученные в результате реверса высокочастотные импульсы подаются на трансформатор, где их амплитуда уменьшается до уровня, при котором будет осуществляться сварка.

Кроме того, преобразованное высокочастотное напряжение окончательно фильтруется конденсаторами и подается на выходные клеммы сварочного инвертора.

Частота тока, генерируемого при работе инвертора, достигает значения в несколько десятков килогерц. Именно высокая частота лежит в основе принципа работы инверторного сварочного аппарата.

Благодаря принципу высокочастотного преобразования удалось в несколько раз уменьшить массу и габариты сварочных аппаратов.

В основном это связано с очень малым весом и габаритами высокочастотных трансформаторов, конденсаторов и дросселей.

Элементы электрической схемы инверторных устройств

Устройство сварочного инвертора состоит из следующих основных элементов:

• выпрямитель переменного тока от обычной электрической сети;
• инверторный блок, собранный на основе высокочастотных транзисторов (такой блок является генератором высокочастотных импульсов);
• трансформатор, снижающий высокочастотное напряжение и повышающий высокочастотный ток;
• выпрямитель переменного тока высокой частоты;
• направление на работу;
• электронный блок, отвечающий за управление инвертором.

Какими бы ни были характеристики той или иной модели инверторного аппарата, принцип его работы, основанный на использовании высокочастотного импульсного преобразователя, остается неизменным.

Пример схемы инвертора (нажмите, чтобы увеличить)

Выпрямительный и инверторный блоки оборудования сильно нагреваются при работе, поэтому их устанавливают на радиаторы, активно отводящие тепло. Также для защиты выпрямительного блока от перегрева используется специальный термодатчик, отключающий его питание при достижении температуры 90 градусов.

Инверторный блок, являющийся, по сути, мощным высокочастотным генератором импульсов, собран на основе транзисторов, включенных по типу «косого моста». Генерируемые в таком генераторе высокочастотные электрические импульсы подаются на трансформатор, что необходимо для снижения величины его напряжения.

Наиболее распространенными трансформаторами для оснащения сварочных инверторов являются устройства со следующими характеристиками: первичная обмотка: 100 витков кабеля ПЭВ (толщиной 0,3 мм); 1-я вторичная обмотка — 15 витков медного провода диаметром 1 мм; Вторичная и третья вторичная обмотки — 20 витков медного провода диаметром 0,35 мм. Все обмотки тщательно изолированы друг от друга, а их выходные точки экранированы и заварены.

Внутренняя структура сварочного инвертора

На выходной выпрямитель сварочного инвертора поступает ток высокой частоты. Простые диоды не справятся с преобразованием такого тока в постоянный. Именно поэтому в основе выпрямителя лежат мощные диоды с высокой скоростью открытия и закрытия. Для предотвращения перегрева диодного блока его размещают на специальном радиаторе.

Обязательным элементом любого сварочного инвертора является резистор большой мощности, обеспечивающий плавный пуск аппарата. Необходимость использования такого резистора объясняется тем, что при включении питания на оборудование подается сильный электрический импульс, что может привести к выходу из строя диодов выпрямительного блока. Чтобы этого не произошло, через резистор подается ток на электролитические конденсаторы, которые начинают заряжаться. Когда конденсаторы достигают полного заряда и устройство переходит в нормальный режим работы, контакты электромагнитного реле замыкаются и ток начинает течь на диоды выпрямителя, минуя резистор.

Выходные дроссели на плате сварочного инвертора

Инверторы, благодаря своим техническим характеристикам, позволяют регулировать сварочный ток в широком диапазоне – от 30 до 200 А.

Работой всех элементов такого сварочного аппарата, отличающегося компактными габаритами, малым весом и большой мощностью, управляет специальный ШИМ-регулятор. Электрические сигналы подаются на контроллер от операционного усилителя, питающегося от выходного тока самого инвертора. На основе характеристик этих сигналов контроллер формирует выходные корректирующие сигналы, которые могут подаваться на выпрямительные диоды и транзисторы инверторного блока, генератора высокочастотных электрических импульсов.

Помимо основных, современные сварочные инверторы имеют еще и целый список дополнительных полезных опций. К таким особенностям, значительно облегчающим работу с аппаратом и позволяющим получать качественные, надежные и красивые сварные соединения, относятся форсирование сварочной дуги (быстрое зажигание), антиприлипание электрода, плавная регулировка сварочного тока, наличие системы защиты от аварийных перегрузок.

Печатная плата с основными элементами инвертора

Технические параметры устройств

Сварочные инверторы имеют ряд специфических характеристик, по которым можно судить об их технологических свойствах. К ним относятся следующие параметры:

Конструкция сварочного инвертора

1. Тип тока, который генерируется на выходе выпрямителя.
2. Количество напряжения, используемого для источника питания. Производители выпускают изделия, работающие от сети 380 и 220 В. Первые используются для профессиональной сварки, вторые – для домашних работ.
3. Величина тока, этот параметр напрямую влияет на размер электрода, который будет использоваться для выполнения сварки.

Технические параметры сварочного инвертора

1. Мощность агрегата, этот параметр дает информацию о силе тока, с какой силой будет формироваться сварочная дуга.
2. Напряжение холостого хода, этот параметр указывает, насколько быстро будет получена сварочная дуга.
3. Диапазон размеров электродов, используемых для сварки.
4. Габаритные и весовые характеристики инверторного сварочного аппарата и величина сварочного тока на выходе. Чем ниже последний показатель, тем меньше размер устройства, но, соответственно, у такого устройства ниже ТТХ.

Управление током

Сварочный ток инвертора регулируется электронным контроллером с обратной связью, показанным на схеме. С помощью потенциометра, расположенного на передней панели сварочного инвертора, выбирается необходимое значение сварочного тока.

При вращении ручки потенциометра на входе логических элементов, встроенных в ОУ, устанавливается определенный уровень опорного напряжения.

Компаратор сравнивает сигнал, поступающий по линии обратной связи от датчика тока, расположенного на выходе устройства, с уровнем напряжения, заданным потенциометром регулятора.

При несовпадении уровней напряжения цепи драйвера и сигнала датчика тока изменяется амплитуда управляющего импульса, поступающего на контроллер.

При этом изменяется скважность импульсов, формируемых контроллером, что вызывает изменение режима включения транзисторов и, в конечном итоге, величины сварочного тока.

То есть принцип регулирования заключается в том, что схема всегда стремится поддерживать соответствие между значениями регулируемого тока и реального тока, что обеспечивает ее стабильность.

В качестве контроллера, формирующего регулируемые сигналы широтно-импульсной модуляции, обычно используется микросхема TL494 производства американской компании Texas Instruments или ее аналоги.

На данной блок-схеме показан только принцип работы и взаимодействие отдельных функциональных блоков. Подробная схема подключения инвертора каждого типа может иметь индивидуальные особенности.

Автоматические функции сварочного оборудования

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

ARC FORCE

Эта функция предназначена для форсирования дуги. В процессе работы сварщика иногда капля расплавленного электрода, которая вовремя не оторвалась и не попала в сварочную ванну, замерзает и уменьшает зазор.

Это может привести к прилипанию электрода к заготовке. Принцип действия форсажа дуги заключается в кратковременном увеличении тока, который «сдувает» каплю металла.

ANTI STICK

В начале работы при поджигании дуги электрод может прилипнуть к заготовке. Принцип работы антипригарной функции заключается в том, что в это время происходит резкое снижение сварочного тока. После пуска электрода режим работы аппарата возвращается в обычный режим.

HOT START

Работа этой опции помогает легко генерировать электрическую дугу. Принцип работы этой автоматической функции прост. При зажигании дуги в момент отрыва электрода от заготовки происходит кратковременное увеличение значения сварочного тока, что способствует более надежному зажиганию дуги.

Все функции способствуют более быстрой и надежной работе инвертора, что в итоге приводит к качественной сварке.

Дополнительные функции в инверторах

В современных инверторных устройствах реализованы некоторые опции, значительно облегчающие работу сварщика:

1. Горячий старт — часто у начинающих сварщиков, да и не только у них, возникают трудности с запуском и поддержанием дуги в рабочем состоянии. При включении ток повышается до необходимого уровня, и сразу после включения возвращается к рабочим параметрам. Процесс смены тока происходит полностью автоматически, без участия сварщика.
2. Еще одна проблема, с которой сталкиваются новички, — залипание электрода. Этому есть несколько причин, но у него есть решение – снижение уровня сварочного тока. Эта операция также выполняется автоматически.

1. Сила дуги позволяет выполнять швы в различных пространственных положениях.
2. Снизьте напряжение холостого хода до уровня, безопасного для рабочего и окружающих.

Отличия от трансформаторного сварочного оборудования

Принцип работы сварочного аппарата основан на силовых параметрах силового трансформатора – основного конструктивного элемента. В индукционной катушке проявляется зависимость между напряжением и силой тока: чем выше показатель силы тока, тем ниже вольтовая характеристика. Это изменение позволяет проводить сварочные работы.

Инвертор отличается тем, что в схеме стало возможным получать ток высокой частоты за счет двойного преобразования электрического тока. Процесс позволяет установить легкий трансформатор. Стандартный сварочный аппарат с катушкой массой 21 кг подает на электрод ток силой 160 ампер; при использовании инвертора аналогичный показатель мощности формируется при установке трансформатора массой 400 г.

Плюсы и минусы инверторной сварки

Инверторные устройства показывают КПД в пределах 85 – 95%, надо сказать, что это высокий показатель среди электронной техники. Используемая схема позволяет регулировать уровень сварочного тока от нескольких ампер до сотен и даже тысяч.

Например инвертор марки ММА на 20 — 220 А. Инверторы могут работать долго. Блок питания может управляться дистанционно. К несомненным достоинствам инверторов можно отнести их характеристики небольших размеров и веса, которые позволяют перемещать устройство по месту сварки. В конструкции устройств используется двойная изоляция, что гарантирует электробезопасность.

Технологические достоинства

Применение инверторов позволяет использовать электроды любой марки, работающие как с постоянным, так и с переменным током. Устройства этого типа могут применяться для сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов. Кроме того, конструкция данного оборудования способствует автоматизации сварочных процессов.

Вольфрамовые электроды для аргонодуговой сварки

Контактные сварочные электроды

Сварку можно вести с использованием короткой дуги, что снижает потери энергии и повышает качество сварки, в частности, на поверхности свариваемых деталей практически не образуются сварочные брызги. Кстати, использование инверторов позволяет получить швы любой пространственной конфигурации.

Микропроцессор

Для управления современными сварочными инверторами используются микропроцессоры, что обеспечивает стабильную связь между напряжением и током.

Минусы, которым обладают инверторы

Инверторы ремонтировать несколько сложнее, чем традиционные трансформаторные блоки. При выходе из строя любого из органов управления, расположенных на приборной панели, ремонт может обойтись примерно в треть стоимости нового сварочного инвертора.

Инвесторы, в отличие от других типов команд, очень боятся пыли. То есть такие устройства нужно чаще ремонтировать. Производительность инверторного сварочного аппарата также ограничивается низкими температурами. Также существуют некоторые ограничения по хранению инвертора при минусовой температуре. Это чревато образованием конденсата, что может привести к короткому замыканию на плате.

Как выбрать сварочный аппарат для дома и дачи на 220 В

При выборе сварочного оборудования потребитель должен решить, для каких задач оно понадобится.

Если он будет использоваться для ремонта кузовных деталей, то у него должны быть одни параметры, а если он используется для работ по изготовлению металлоконструкций, то другие. Но в любом случае устройства должны соответствовать ряду требований, в частности, в домашнем устройстве должны быть реализованы такие функции, как горячая загрузка, антипригарность и некоторые другие. В этом инверторы отличаются от традиционных устройств.

В конструкции данного типа прибора обязательно должен быть установлен вентилятор. Кроме того, цепь должна быть защищена от скачков напряжения. В принципе, устройство с такими параметрами может работать как в домашней мастерской, так и на промышленном производстве.

Какой сварочный аппарат лучше

Выбор прибора по большей части дело сугубо индивидуальное. И каждый выбирает аппарат по своим потребностям, но можно сказать, что аппараты с диапазоном сварочного тока 200 – 250 А позволяют выполнять самые сложные работы и обрабатывать детали разной толщины.

Классификация инверторов

Сварочные инверторы можно классифицировать по величине сварочного тока. Производители выпускают три вида устройств:

• 100-160 А — низкое потребление;
• 160-200 А — средний;
• 200-250А — мощные.

Существует зависимость между величиной силы тока и размерами устройства. Выбирая устройство для использования в домашних условиях, следует руководствоваться задачами, которые ему предстоит решать.

К устройствам низшего уровня можно отнести самые слабые устройства, многие используют их для приобретения профессиональных навыков. Устройства, относящиеся к среднему классу, являются одними из самых популярных и позволяют выполнять самые разнообразные работы – от сборки забора до изготовления достаточно сложных металлоконструкций. Самые мощные устройства в основном используются в промышленных целях. Они используются для работы с толстым прокатным металлом.

Электроды для ручной дуговой сварки

Большинство инверторов предназначены для работы с покрытыми электродами. Но их можно использовать и для работы со сварочной проволокой. Для этого на устройство устанавливается устройство, подающее проволоку в зону сварки. Проволока подается через сварочный пистолет, а также через него подается газовая смесь, что защищает рабочую зону от воздействия атмосферного воздуха.

Импульсные устройства

Импульсные преобразователи используются в тех случаях, когда необходимо преобразовать один уровень напряжения в другой. Чаще всего их собирают на основе индуктивных или емкостных накопителей энергии. От других источников энергии их отличает высокий уровень КПД, достигающий в некоторых случаях 95%. Принципиальные электрические схемы импульсных преобразователей выполнены с использованием 4-х элементов:

• переключающий элемент;
• накопители энергии (индуктор, дроссель, конденсаторы);
• блокировочный диод;
• конденсатор, включенный параллельно нагрузочному резистору.

Комбинации перечисленных компонентов могут образовывать импульсный преобразователь любого типа. Выходное напряжение определяется шириной импульсов, управляющих переключающим элементом. Это создает источник питания в индукторе. Стабилизация реализована за счет обратной связи, то есть ширина импульса изменяется в зависимости от значения выходного напряжения.

Импульсный преобразователь напряжения.

Для создания токов высокой частоты применяют преобразователи, собранные с использованием колебательных контуров. При этом постоянное напряжение, подаваемое на генератор переменного напряжения (мультивибратор, триггер), также является источником питания. Выходные импульсы обычно имеют прямоугольную форму. Результирующее переменное напряжение можно усиливать, уменьшать и т д

Кроме того, его легко сгладить и добиться нужной полярности. Для этого используют соответствующее включение диодов, а выпрямитель собирают, например, по мостовой схеме. Напряжение на выходе импульсных преобразователей должно быть стабилизировано. Для этого используют различные типы стабилизаторов (импульсные или линейные). Правда, из-за низкого КПД последние применяются редко.

Что касается импульсных стабилизаторов, то они используют в своей работе частотно-импульсную или широтно-импульсную модуляцию. В первом случае изменяется длительность, во втором — частота импульсов. Существуют устройства с комбинированным методом стабилизации.

Автомобильные модели

С увеличением количества автомобилей возросла потребность в использовании в процессе их эксплуатации различных бытовых приборов, в том числе работающих от переменного напряжения 220В. Для этого были разработаны автомобильные инверторы, с помощью которых постоянное напряжение автомобильного аккумулятора +12 В (легковые автомобили) или +24 В (грузовые автомобили) преобразуется в переменное 220 В. К ним можно подключить электробритву или электродрель, зарядить ноутбук и т.д.

Автомобильный инвертор представляет собой генератор напряжения, форма которого близка к синусоиде. При этом ток на выходе устройства не зависит от значения тока на входе и практически может регулироваться от нуля до максимума. Таким же образом теоретически можно регулировать частоту и напряжение. Упрощенно электрическую схему автомобильного преобразователя можно представить в виде трансформатора, первичные обмотки которого запитываются через тиристорные ключи. Включая обмотки по очереди, тиристоры создают на выходе трансформатора переменный ток.

Автомобильные преобразователи напряжения

При этом формируется видоизмененная (ступенчатая) синусоида, но на работу большинства бытовых приборов это не влияет. Преобразователи для автомобильного применения имеют достаточно высокий КПД, достигающий 90%, что свидетельствует о достаточно высоком качестве получаемой синусоиды. В процессе эксплуатации устройства потребитель имеет возможность выбрать один из трех режимов работы:

1. Режим работы, обеспечивающий непрерывную работу инвертора на номинальной мощности.
2. Режим перегрузки, позволяющий получить от устройства гораздо большую мощность, чем при его работе в обычном режиме. Однако в этом режиме инвертор не должен работать более 30 минут.
3. Пусковой режим используется при необходимости получения мгновенной мощности при большой нагрузке (пуск электродвигателя и т.п.).

При эксплуатации инвертора не рекомендуется постоянно включать его на полную мощность. Необходимо выбирать режим его работы в зависимости от величины нагрузки. Выбирая преобразователь для автомобиля, основное внимание следует уделить его мощности. Его значение, очевидно, должно быть больше, чем мощность подключенных устройств. Кроме того, немаловажным является тип подключаемых электроприборов. Если к автомобильному инвертору предполагается подключать устройства, потребляющие значительные токи при запуске, то следует покупать устройство соответствующей мощности (от 300 до 2000 Вт).

Бытовые приборы

В настоящее время преобразователи напряжения широко используются в быту. Их стали использовать дома в качестве резервных или аварийных источников питания, задачей которых является обеспечение работы бытовых приборов в случае несанкционированного отключения сети централизованного электроснабжения. Как правило, домашний преобразователь напряжения представляет собой комбинацию инвертора с одной или несколькими батареями. В загородных домах и загородных домах (дачах) их также дополняют устройствами, способными заряжать аккумуляторы.

Схема бытового преобразователя напряжения.

В некоторых случаях для этого могут использоваться солнечные батареи или ветряные турбины. К инверторам, предназначенным для бытового использования, чаще всего подключаются малопотребляющие приборы:

• телевизоры;
• компьютеры и т д

При этом необходимо помнить об электроприборах, например, холодильниках, электронасосах и т п., которые для своей работы требуют питания «чистая синусоида», что требует приобретения значительно более дорогих устройств. В местах, где нет централизованной электрической сети, можно, рассчитав необходимую электрическую энергию, организовать систему электроснабжения всего дома. Однако для этого потребуется покупка довольно дорогого оборудования.

Домашний инвертор напряжения.

Например, стоимость инвертора мощностью 10…60 кВт составляет не менее 20 000 долларов. Применение таких устройств целесообразно в случае организации систем электроснабжения на основе альтернативных источников энергии. Если сравнивать классический онлайн источник бесперебойного питания (ИБП) с преобразованием напряжения, то комбинация аккумулятор + инверторные компоненты представляется предпочтительной по нескольким причинам, в том числе:

• работа от запасного аккумулятора;
• большой выбор аккумуляторов;
• возможность параллельного подключения нескольких преобразователей и т.д.

На отечественном рынке электрооборудования импульсные преобразователи представлены в достаточно широком ассортименте. Продукция этих производителей отличается высоким качеством и большим количеством различных функций. Таким образом, преобразователи постоянного тока в переменный обеспечивают защиту аккумуляторов от глубокого разряда, контролируя минимальное входное напряжение. Они также управляют параметрами выходного сигнала.

Бестрансформаторные устройства

Характеристики преобразователя напряжения с 12 В на 220 В. В последнее время они стали очень популярны, так как на их изготовление необходимо тратить большие средства, и, в частности, на производство трансформаторов, т к их обмотка выполнена из цветного металла, цена на который постоянно растет. Главным преимуществом таких преобразователей является, конечно же, цена. Среди отрицательных моментов есть один, существенно отличающий его от трансформаторных блоков питания и преобразователей. В результате выхода из строя одного или нескольких полупроводниковых приборов вся выходная мощность может попасть на клеммы потребителя, и это обязательно выведет его из строя.

Вот простой преобразователь переменного тока в постоянный. Тиристор играет роль регулирующего элемента. Проще обстоит дело с преобразователями, в которых нет трансформаторов, но которые работают на базе и в режиме вольтодобавочного устройства. Здесь даже при высвобождении одного или нескольких элементов в заряде не появится опасная разрушительная энергия.

Бестрансформаторные преобразователи напряжения.

Определяемся с характеристиками

Как и любое техническое оборудование, сварочные инверторы имеют ряд технических параметров, определяющих их возможности.

Сварочный ток

Инверторные сварочные аппараты обеспечивают генерацию сварочного тока в диапазоне от 100 до 250 А.

Напряжение холостого хода

После преобразования тока, поступающего от сети, в 220 В устройство вырабатывает ток напряжением от 50 до 90 В и рабочей частотой от 20 до 50 кГц. Для зажигания дуги следует использовать максимальное напряжение, но оно создает угрозу безопасности для сварщика и окружающих его людей. Поэтому после окончания работы напряжение падает до безопасного уровня.

Режим работы на максимальном токе

Важным показателем работы любого сварочного аппарата является показатель продолжительности работы. Его можно назвать ПН или ПВ. Этот индикатор показывает, как долго машина будет работать с десятиминутным циклом сварки перед выключением.

Другими словами, если PV 50%, то это означает, что эффективное время работы будет 5 минут, если показатель 70%, то время будет 7 минут. Этот показатель должен быть отражен в технической документации, входящей в комплект поставки сварочного аппарата.

Рекомендации по эксплуатации бытовых инверторов

Инвертор, предназначенный для сварки, представляет собой сложное инженерное устройство, которое оснащено множеством степеней защиты.

Оборудование этого класса отличается стабильностью в работе и при этом требует бережного отношения и своевременного обслуживания.

Перед покупкой устройства желательно внимательно изучить инструкцию по эксплуатации.

Инструкция сварочного инвертора

При работе с инвертором необходимо соблюдать несколько простых правил безопасности:

1. Все токопроводящие гильзы не должны иметь повреждений, соединительные клеммы должны быть надежно закреплены на устройстве.
2. Если в конструкции устройства предусмотрен вентилятор и он не вращается при включении питания, работа такого устройства недопустима.
3. При работе с устройством необходимо использовать средства индивидуальной защиты.

Техника безопасности

Продолжая тему техники безопасности, добавим, что нельзя пренебрегать средствами индивидуальной защиты. Обязательно наденьте сварочный комбинезон, защитную маску (идеальный вариант – маска типа «Хамелеон»), сварочные краги, специальную непроводящую обувь. Самый простой вариант – встать на резиновый коврик. И никогда не храните в рабочей одежде предметы, которые могут легко загореться.

Перед сваркой осмотрите все сварочные кабели, они должны быть целыми. Не лишним будет проверить все разъемы и внешне осмотреть устройство. Если во время сварки вы заметили неприятный запах от инвертора, немедленно выключите его.

Все эти правила были созданы не на пустом месте. Игнорирование их может нанести серьезный вред вам и вашему здоровью. К сожалению, сварщики часто страдают от зашлакованности глаз, ожогов и даже потери зрения. И все за нарушение техники безопасности.

Базовое техническое обслуживание

Устройство и принцип работы инвертора просты, но основаны на использовании электрических схем. И нужно понимать, что электрические цепи нуждаются в грамотном обслуживании. Не рекомендую новичку делать все обслуживание своими руками. Но можно выполнить основные действия, которые продлят жизнь инвертору. А самую сложную работу можно доверить специалисту сервисного центра.

Поэтому самое главное, что нужно делать регулярно, это очищать устройство от пыли и грязи. В идеале пыль вообще не должна скапливаться на поверхности корпуса. Он легко проникает в корпус через вентиляционные отверстия и может повредить устройство. Протрите инвертор тканью и не допускайте попадания на него пыли. Можно отнести устройство в сервисный центр, где его очистят струей сжатого воздуха.

Помимо кожуха, все сварочные кабели должны быть очищены. Никогда не используйте для очистки влажную ткань. И не забудьте отключить машину перед выполнением технического обслуживания. Старайтесь чистить аккуратно, не ломая провода.

Остается вопрос: как часто проводить техническое обслуживание, чтобы сварочный инвертор прослужил долго? Все зависит от того, как часто используется инвертор. В любом случае перед закладкой на зиму рекомендуем проверить его в сервисном центре. Кроме того, раз в месяц, пожалуйста, очистите машину и осмотрите ее.

Правила хранения инвертора

Как было сказано ранее, инверторный сварочный аппарат компактен из-за того, что сами электрические цепи очень чувствительны к пыли и перепадам температуры. Вот почему важно уделить особое внимание хранению инвертора. Однократное повышение влажности и пылинка не убьют инвертор, но постоянное пренебрежение хранением выведет его из строя.

Самый простой вариант хранения — использовать коробку, в которой вы его купили. Часто изготавливается из довольно толстого картона, что неплохо для хранения в квартире, например. Конечно, пластиковые контейнеры предпочтительнее, но вы можете использовать и те, которые у вас уже есть. Для безопасности оберните устройство целлофаном, проделав в нем вентиляционные отверстия.

Отнеситесь серьезно к выбору места хранения. Неотапливаемая дача или гараж точно не подойдут. Инвертору необходима постоянная температура окружающей среды и отсутствие колебаний влажности. Производители уверяют, что их устройства прекрасно хранятся как при высоких, так и при минусовых температурах. Но на самом деле это не так. Так что не экспериментируйте.

Как работать инверторным аппаратом

Столкнулись с задачей, как научиться варить сварочным инвертором с нуля? На самом деле это не сложно и освоить эту технику может каждый. Кроме того, существуют специальные уроки инверторной сварки для начинающих, в которых теория сопровождается изображениями и видео с правилами и порядком работы.

Сам процесс сварки начинается в тот момент, когда дуга, образовавшаяся между электродом и металлом, расплавляет стержень и верхний слой металла. При этом образуется сварочная ванна, расплавленные металлы в ней смешиваются, образуя сопряженный валик. Специальное покрытие электрода предотвращает разбрызгивание жидкого металла, а также защищает шов от окисления.

Розжиг дуги

Невозможно начать процесс сварки без зажигания дуги. Вы можете сделать это одним из следующих способов:

• сильный удар;
• играть

Ударом по аналогии с головкой спички о металлическую поверхность возбуждается дуга. Сначала нужно коснуться электродом металла, провести им по поверхности и аккуратно приподнять. Лучше всего бить непосредственно в месте зацепления или вблизи него, так как при отсутствии дуги частицы расплавленного электрода могут остаться в материале.

Почти в таком же порядке происходит включение электрода постукиванием. Только в этом случае он не ориентируется на материал, необходимо лишь коснуться края сварочного троса.

Как правильно двигать электродом

Если описанные выше нюансы о том, как правильно сварить инвертором для новичков, не вызвали затруднений, то речь пойдет о более сложных действиях. Первая трудность для начинающего мастера – это порядок, в котором двигается электрод, в каком даже можно получить суставы.

Вряд ли шов получится ровным и с оптимальным проплавлением, если после зажигания дуги просто двигать электродом по соединительной линии. Этот метод подходит только для тонких материалов. Красивый, ровный и прочный шов обеспечивают три основных критерия: угол наклона электрода, скорость его перемещения, схема поперечных и продольных перемещений.

Как металл сваривать ровно

Чтобы научить начинающего специалиста сваривать металл инвертором, получая при этом качественные и ровные стыковые линии, нужно учитывать все особенности технологии, вплоть до мельчайших нюансов.

Начинать тренировку лучше с угла наклона. Для сварки взад-вперед оптимальным считается угол в пределах 30-40 градусов. При необходимости соединения деталей в труднодоступных местах возможна работа под прямым углом.

Сам шов следует выполнять не обычным движением электрода по прямой, а по схеме попеременно поперечных и продольных движений. Есть специально созданные шаблоны, по которым легко понять, как двигать электрод.

Можно начать с самого простого, постепенно переходя к самому сложному. Здесь важно, чтобы каждая линия была четко прорисована. При этом нельзя делать резких движений, они должны быть плавными. Если освоить азы сварки инвертором для начинающих, то можно делать швы любой сложности достаточно быстро, при этом контролируя скорость.

Контроль за дуговым промежутком

Расстояние между материалом и электродом называется дуговым промежутком. Ее размер сильно влияет на качество сварки, поэтому, изучая, как правильно сварить инверторной сваркой, нужно не забывать следить за длиной дуги.

Если его длина меньше 2 миллиметров, то лук короткий. Он не способен нагреть стык до нужной температуры. В результате проникновение не происходит на нужную глубину и часть расплавленного электрода выступает над поверхностью.

При зазоре более 3 мм образуется чрезмерно большая дуга. Он нестабилен и способен самопроизвольно менять направление. Также при превышении расстояния защитный слой недостаточно покрывает ванну, а это, в свою очередь, увеличивает разбрызгивание.

Учитывая вышеизложенное, нетрудно догадаться, что подбор места является важным критерием в обучении правильно варить инверторной сваркой. Оптимальным для новичков считается лук, длина которого варьируется в пределах 2-3 миллиметров. Такого расстояния достаточно для полного прогрева металла, при котором провар будет умеренно широким и глубоким.

Существуют разные модели инверторных устройств с разным набором функций. Есть среди них и такие, при работе с которыми не нужно контролировать зазор дуги, достаточно просто перемещать электрод по линии сварки.

В целом, работа со сварочным инвертором для новичка поначалу может показаться сложной, но если придерживаться технологии и соблюдать технику безопасности, можно в кратчайшие сроки стать профессиональным сварщиком.

Как сваривать тонкий металл

Многие конструкции из листового металла часто нуждаются в ремонте. Это могут быть различные контейнеры, кузова автомобилей и другие изделия. В домашних условиях многие пытаются сваривать самостоятельно, экономя на услугах профессиональных сварщиков. Но здесь потребуются некоторые знания, так как сварка листового железа требует особого подхода. Например, инверторная стыковая сварка тонкого материала может привести к ожогам.

Во избежание ошибок стоит обратить внимание на следующие способы приготовления:

• строго по соединительной линии, быстро и без отклонений в стороны направьте шов, предварительно установив небольшой ток;
• немного увеличить силу тока, но при этом создать шов с прерывистой дугой и дождаться остывания металла перед следующей добавкой;
• сварка элементов с использованием подложки. Это предотвратит поломку и поддержит оптимальную температуру в месте соединения. Для этого хорошо подходит графитовая подложка;
• выполнение швов в шахматном порядке предотвратит коробление материала.

Что касается электродов, то они должны быть рассчитаны на работу с тонкими металлами. Оптимальный вариант – стержни, у которых 2-3 мм – это диаметр. Покрытие также важно, поэтому покрытие не должно быть огнеупорным.

С осторожностью необходимо проводить розжиг, а сам процесс сварки проводить постепенно. Нельзя гасить дугу при резком отрыве электрода в конце шва, так как в этом случае на конце шва появится кратер. Это ухудшает прочность шовного соединения и негативно сказывается на качестве всего металлического изделия.

Частые неисправности сварочных инверторов и их причины

Современные инверторные устройства просты и надежны в эксплуатации. Но даже при соблюдении всех правил сварки инвертором для новичков часто возможны отказы оборудования из-за следующих неисправностей:

• нестабильность или отсутствие сварочной дуги;
• чрезмерное разбрызгивание расплавленного металла;
• прилипать к поверхности свариваемого электрода;
• перегрев устройства или самопроизвольное отключение питания.

В таких ситуациях необходимо знать, как пользоваться инверторной сваркой и что вызывает такие проблемы. Сбои могут возникать из-за:

• если сила сварочного тока не соответствует диаметру электрода, нарушается стабильность горения дуги;
• увеличение разбрызгивания наблюдается при завышенной силе тока. В этом случае достаточно его уменьшить или взять электроды меньшего диаметра;
• залипание происходит при недостаточном напряжении в сети. Это может быть связано с длинными кабелями, которые могут перегреваться во время работы. Избежать перегрева можно, используя кабели сечением не менее 2,5 квадратных метров на миллиметр;
• причиной отсутствия дуги может быть некачественный контакт электрода с зажимом или обрыв провода, при котором ток по проводу прекращается;
• при выходе из строя сетевого коммутатора устройство можно просто выключить;
• если долго работать за компьютером без перерыва, перегрева не избежать. Когда устройство сильно нагревается в течение короткого периода работы, причина, скорее всего, в износе обмотки.

Очень важно знать технические характеристики агрегатов, так как для начинающего сварщика важно не только то, как научиться варить сварочным инвертором, но и насколько эффективной и бесперебойной будет работа.

Ремонт прибора

Ремонтировать эти устройства для преобразования одного вида напряжения в другой лучше в сервисных центрах, где персонал имеет высокую квалификацию, и тогда дадут гарантии на выполненные работы. В большинстве случаев любой качественный современный преобразователь состоит из нескольких сотен электронных деталей, и при отсутствии явных сгоревших элементов найти неисправность и отремонтировать его будет очень сложно.

Некоторые недорогие китайские устройства этого типа вообще принципиально лишены возможности их ремонта, чего нельзя сказать об отечественных производителях. Да, они могут быть немного громоздкими и не очень компактными, но они подлежат ремонту, так как многие их детали можно заменить на аналогичные.

Типовая схема и принцип работы инвертора

Чем дороже сварочный инвертор, тем больше вспомогательных узлов задействовано в реализации специальных функций в его схеме.

Но схема самого силового преобразователя остается практически неизменной даже при наличии дорогостоящего оборудования.

Стадии преобразования сетевого электрического тока в сварочный довольно легко проследить: в каждом из основных узлов цепи происходит определенная часть общего процесса.

От сетевого кабеля через защитный выключатель напряжение подается на выпрямительный диодный мост, сопряженный с фильтрами большой емкости.

На схеме этот участок легко заметить, здесь внушительные «банки» электролитических конденсаторов.

У выпрямителя одна задача: «развернуть» отрицательную часть синусоиды симметрично вверх, а конденсаторы сгладить волны, доведя направление тока почти до чистой «постоянности».

Далее на схеме сам инвертор. Эта часть также легко узнаваема и содержит более крупный алюминиевый радиатор. Инвертор основан на нескольких высокочастотных полевых транзисторах или IGBT-транзисторах.

Очень часто в общем корпусе объединяют несколько силовых элементов. Инвертор преобразует постоянный ток обратно в переменный, но при этом его частота значительно выше, около 50 кГц.

Такая цепочка преобразований позволяет использовать высокочастотный трансформатор, который во много раз меньше и легче обычного.

Выходной выпрямитель снимает напряжение с понижающего трансформатора, т.к мы хотим сварить на постоянном токе.

Благодаря выходному фильтру характер тока меняется с высокочастотного пульсирующего на практически прямолинейный.

Естественно, что в рассматриваемой цепочке преобразований есть много промежуточных звеньев: датчики, схемы контроля и управления, но их рассмотрение выходит далеко за рамки любительской радиоэлектроники.

Конструкция сварочного инвертора: 1 — конденсаторы фильтра; 2 — выпрямитель (диодная матрица); 3 — IGBT-транзисторы; 4 — вентилятор; 5 — понижающий трансформатор; 6 — плата управления; 7 — радиаторы; 8 — дроссель

Узлы, пригодные к модернизации

Важнейшим параметром любого сварочного аппарата является вольтамперная характеристика (ВАХ), благодаря которой гарантируется стабильное горение дуги при разной длине дуги.

Микропроцессорное управление создает правильную ВАХ: маленький «мозг» инвертора на лету меняет режим работы силовых выключателей и моментально регулирует параметры сварочного тока.

К сожалению, недорогой инвертор никак не перепрограммировать — управляющие микросхемы в нем аналоговые, и замена их на цифровую электронику требует незаурядных схемотехнических знаний.

Однако «навыков» схемы управления достаточно, чтобы выровнять «кривизну» начинающего сварщика, еще не научившегося стабильно держать дугу. Гораздо правильнее сосредоточиться на устранении некоторых «детских» болезней, первая из которых — сильный перегрев электронных компонентов, приводящий к деградации и разрушению силовых ключей.

Вторая проблема – использование радиоэлементов сомнительной надежности. Устранение этого недостатка значительно снижает вероятность поломок через 2-3 года эксплуатации устройства.

Наконец, даже начинающему радиотехнику будет вполне по силам реализовать индикацию фактического сварочного тока, чтобы уметь работать со специальными марками электродов, а также внести ряд других мелких доработок.

Улучшение теплоотвода

Первый недостаток, который есть у подавляющего большинства недорогих инверторных устройств, — плохая схема отвода тепла от силовых ключей и выпрямительных диодов. Начать доработку в этом направлении лучше с увеличения интенсивности принудительного обдува.

Как правило, в сварочных аппаратах устанавливаются корпусные вентиляторы с питанием от рабочих цепей 12 В. В «компактных» моделях принудительное воздушное охлаждение может полностью отсутствовать, что, конечно, не имеет смысла для электротехники такого класса.

Достаточно просто увеличить поток воздуха, установив несколько таких вентиляторов последовательно. Проблема в том, что «родной» кулер скорее всего придется снимать.

Для эффективной работы при серийном монтаже вентиляторы должны иметь одинаковую форму и количество лопастей, а также скорость вращения. Собрать одинаковые кулеры в «стек» крайне просто, достаточно закрепить их парой длинных болтов по диаметрально противоположным угловым отверстиям.

Также не беспокойтесь о мощности сетевого блока питания, как правило, достаточно установить 3-4 вентилятора.

Если внутри корпуса инвертора недостаточно места для установки вентиляторов, снаружи можно подключить высокопроизводительный «воздух».

Его установка проще, так как не требует подключения к внутренним цепям, питание снимается с клемм кнопки включения.

Вентилятор, разумеется, необходимо установить перед дефлекторами, некоторые из которых можно прорезать для уменьшения аэродинамического сопротивления. Оптимальное направление потока воздуха – от кожуха к вытяжке.

Второй способ улучшить отвод тепла — заменить стандартные алюминиевые радиаторы на более эффективные.

Новый радиатор необходимо выбирать с максимально возможным числом ребер, то есть с наибольшей поверхностью, соприкасающейся с воздухом.

Оптимально для этих целей использовать радиаторы охлаждения процессора компьютера. Процесс замены радиаторов довольно прост, достаточно соблюдать несколько простых правил:

1. Если штатный радиатор изолирован от фланцев радиоэлементов слюдяными или резиновыми прокладками, то при замене их необходимо сохранить.
2. Для улучшения теплового контакта следует использовать силиконовую термопасту.
3. Если радиатор необходимо обрезать под корпус, то отрезанные ребра необходимо тщательно подпилить, чтобы удалить все заусенцы, иначе на них будет скапливаться тяжелая пыль.
4. Радиатор нужно плотно прижать к микросхемам, поэтому сначала нужно разметить и просверлить на нем монтажные отверстия, возможно, потребуется нарезать резьбу на корпусе алюминиевой подошвы.

Дополнительно отметим, что нет смысла менять радиаторы отдельных ключей, заменяются только радиаторы интегральных схем или несколько мощных транзисторов, установленных подряд.

Индикация сварочного тока

Даже если на инверторе установлен цифровой индикатор настройки тока, он показывает не его фактическое значение, а некоторое сервисное значение, масштабированное для отображения.

Отклонение от фактического значения тока может составлять до 10 %, что недопустимо при использовании специальных марок электродов и работе с тонкими деталями.

Получить фактическое значение сварочного тока можно, установив амперметр.

В пределах 1 тыс рублей будет стоить цифровой амперметр типа СМ3Д, его даже можно аккуратно встроить в корпус инвертора. Основная проблема заключается в том, что для измерения таких больших токов требуется шунтовое соединение.

Его стоимость находится в пределах от 500 до 700 рублей на токи от 200 до 300 А.

Отметим, что тип шунта должен соответствовать рекомендациям производителя амперметра, как правило, это вставки на 75 мВ с собственным сопротивлением порядка 250 мкОм для предела измерения 300 А.

Вы можете установить шунт на положительную или отрицательную клемму изнутри коробки. Обычно размеры соединительной шины достаточны для подключения вставки длиной примерно от 12 до 14 см. Шунт нельзя сгибать, поэтому при недостаточной длине соединительной шины ее необходимо заменить медной пластиной, косичкой из оголенного одножильного провода или куском жилы из припоя.

Амперметр подключается через измерительные выходы к противоположным клеммам шунта. Также для работы цифрового устройства требуется подача питающего напряжения в диапазоне от 5 до 20 В. Его можно снять с проводов для подключения вентиляторов, либо найти на плате с потенциальными точками для питания микросхем управления. Собственное потребление амперметра незначительно.

Повышение продолжительности включения

Продолжительность в контексте сварочных инверторов более разумно называть продолжительностью нагрузки. Это та часть десятиминутного интервала, когда инвертор фактически работает, остальное время он должен простаивать и остывать.

Для большинства бюджетных инверторов фактический рабочий цикл составляет 40-45% при 20°C. Замена радиаторов и устройство интенсивного притока воздуха могут увеличить этот показатель до 50-60%, но это далеко не потолок. Добиться PN порядка 70-75% можно заменой некоторых радиоэлементов:

1. Конденсаторы ключевого звена инвертора следует заменить элементами той же емкости и типа, но рассчитанными на более высокое напряжение (600–700 В);
2. Диоды и резисторы ключевой комбинации необходимо заменить на элементы с большей рассеиваемой мощностью.
3. Выпрямительные диоды (клапаны), а также MOSFET или IGBT транзисторы можно заменить на аналогичные, но более надежные.

Замена силового ключа оговаривается отдельно. Сначала нужно переписать разметку в теле элемента и найти подробный даташит на конкретный элемент. По паспортным данным выбрать элемент для замены достаточно просто, ключевыми параметрами являются пределы частотного диапазона, рабочее напряжение, наличие встроенного диода, тип корпуса и ограничение по току при 100° в.

Последние лучше рассчитать своими руками (для высоковольтной стороны с учетом потерь в трансформаторе) и купить радиоэлементы с запасом по току около 20%. Из производителей этого типа электроники самыми надежными считаются International Rectifier (IR) или STMicroelectronics.

Несмотря на достаточно высокую цену, настоятельно рекомендуется приобретать детали этих брендов.

Намотка выходного дросселя

Одним из самых простых и в то же время самых полезных дополнений к сварочному инвертору будет намотка катушки индуктивности, которая сглаживает пульсации постоянного тока, неизбежно остающиеся при работе импульсного трансформатора. Основная специфика такой компании заключается в том, что дроссель изготавливается индивидуально для каждого отдельного устройства, а также может подстраиваться с течением времени по мере износа электронных компонентов или при изменении порога мощности.

Для изготовления дросселя ничего не нужно — изолированная медная жила сечением до 20 мм2 и сердечник, желательно ферритовый.

В качестве магнитопровода оптимально подходят как ферритовое кольцо, так и сердечник экранированного трансформатора.

Если магнитопровод изготовлен из листовой стали, его следует просверлить в двух местах со смещением примерно на 20-25 мм и соединить заклепками, чтобы можно было ровно вырезать зазор.

Дроссель начинает работать, начиная с полного оборота, однако реальный результат виден, начиная с 4-5 оборота. При тестировании следует добавлять витки до тех пор, пока дужка не начнет заметно растягиваться, предотвращая отрыв. Когда становится трудно варить с запасом, нужно снять с катушки один виток и подключить параллельно дросселю лампу накаливания 24В.

Тонкая настройка дроссельной заслонки выполняется с помощью сантехнического зажима, который может уменьшить зазор сердечника, или деревянного клина, который может быть использован для увеличения этого зазора. Необходимо следить за тем, чтобы перегорание лампы при поджигании дуги было максимально ярким. Многократные разряды рекомендуются для работы в диапазонах до 100 А, от 100 до 200 А и свыше 200 А.

Простой самодельный инвертор напряжения 12-220В на двух транзисторах

В качестве трансформатора я использовал ферритовые чашки следующих размеров: диаметр — 35 мм, высота — 20 мм. Сначала наматывается первичная обмотка, она содержит 14 витков провода диаметром 0,5 мм, после намотки ее необходимо обмотать изоляционной лентой в один слой. Вторичная обмотка трансформатора намотана проводом диаметром 0,2 мм и содержит 220 витков, также обматываем ее слоем изоленты сверху. Все, трансформер готов, осталось только собрать половинки и надеть их на болт.

Методом проб и ошибок я подбирал транзисторы для схемы, ориентируясь на минимальный потребляемый ток схемы. Получилась пара КТ814 и КТ940, далее подбирались сопротивление и емкость. В результате своих экспериментов у меня получилась вот такая схема с указанными обозначениями, она показана выше. Такая конструкция простого инвертора напряжения отлично подходит для питания энергосберегающей лампы мощностью 8,9,11 Вт. Лампы мощностью 20 ватт работать не хотят, скорее всего вторичка слабовата, переделывать не стал. Лампа мощностью 9 Вт светит так же ярко, как и при питании напрямую от сети переменного тока 220 В. Потребляемый ток цепи преобразователя напряжения колеблется от 0,5 до 0,54 ампер.

Если вместо транзистора КТ940 использовать транзистор КТ817 и ему подобные, то ток, потребляемый схемой инвертора напряжения и лампой, увеличивается до значения 0,86 ампер. Данная конструкция простого инвертора напряжения доступна для изготовления всем радиолюбителям и начинающим. Преимущества такой конструкции очевидны: простота изготовления и надежность в эксплуатации.

Следует отметить, что многие радиолюбители проживают в сельской местности и не имеют возможности покупать импортные детали, к тому же они хоть и недорогие, но те же полевые транзисторы стоят денег, которые при ошибке могут сразу же сгореть выйти из строя, сломаться или выйти из строя, не говоря уже о микросхемах. И большую часть времени радиолюбитель имеет ограниченный запас радиодеталей. Так и появился простой инвертор напряжения, собранный из деталей, полученных из советского мусора. Имея аккумулятор емкостью 7 ампер в час, несложно посчитать, сколько он протянет — лично проверял.

Самодельный преобразователь напряжения.

Часто задаваемые вопросы

Как влияет рекомендуемый зарядный ток до 0,3С на пластины аккумулятора?

В обычном свинцово-кислотном аккумуляторе при зарядных токах 0,25-0,3 С будет происходить ускоренная реакция выделения водорода, вызывающая высыхание и вздутие аккумулятора. В батареях серии Carbon за счет емкостного эффекта и увеличенного количества пластин большие токи будут равномерно распределяться по пластинам, что предотвратит негативные реакции на расщепление воды в составе электролита.

Почему не работает преобразователь напряжения?

Неисправность преобразователя напряжения часто возникает из-за использования неподходящих кабелей (например, алюминиевых вместо медных). Многие модели инверторов чувствительны к энергии. Они предназначены для работы только с перезаряжаемыми батареями или стабилизированными источниками питания. Такие устройства нельзя подключать к солнечным батареям или газогенераторам.

Какие сложности могут возникнуть при ремонте преобразователя напряжения?

Основная сложность заключается в выборе аналогов транзисторов и трансформаторов при отсутствии оригинальных комплектующих. Остальные элементы электрической схемы, такие как резисторы, конденсаторы или диоды, не имеют конструктивных особенностей, поэтому можно использовать любые имеющиеся детали, подходящие по напряжению, мощности и номиналу.

Профессиональные советы начинающим сварщикам

Практически каждый неопытный человек задается вопросом, как правильно сварить металл инвертором с минимальными рисками для вашей безопасности и максимально положительными результатами.

Советы профессиональных мастеров помогут освоить азы инверторной сварки и избежать ряда ошибок в процессе сварки:

• ни в коем случае нельзя пренебрегать средствами защиты, особенно для глаз. Ожоги сетчатки могут возникнуть даже при беглом взгляде на горящую дугу незащищенными глазами. А длительное воздействие может закончиться очень печально, вплоть до потери зрения;
• при сварке деталей впервые неопытные мастера почти всегда допускают несколько ошибок. Поэтому лучше сначала потренироваться на подготовленных заготовках и попробовать разные виды швов, прежде чем применять инверторную сварку для создания металлоконструкций;
• начать работать со сварочным оборудованием может каждый, но только при внимательном подходе и предварительной подготовке можно выполнить надежные и ровные соединительные соединения;
• большое значение имеет обработка швов после сварки. Для предотвращения развития коррозии и разрушения конструкций необходимо очищать стыки от шлаковых образований;
• Не знаете, как предотвратить залипание электродов? Проверить силу тока, а также обратить внимание на сухость электродов;
• электроды следует хранить в сухом и проветриваемом помещении. Если они слишком влажные, их следует высушить на солнце или в духовке перед использованием;
• чтобы не произошло короткого замыкания, нужно проверять положение кабеля перед включением и выключением устройства.

Всю информацию о том, как выбрать ток для инверторной сварки и как должны происходить рабочие циклы, можно найти в инструкции по эксплуатации оборудования или поискать в Интернете уроки для начинающих сварщиков.

Зная основные правила сварки и принцип работы оборудования, инверторная сварка для новичков будет вполне доступной, и в скором времени вы сможете без проблем изготавливать красивые и прочные конструкции.