Параллельная работа сварочных инверторов. Инвертор сварочный — принцип работы.

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

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

Как работает инверторный сварочный аппарат

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

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

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

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

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

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

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

Элементы электрической схемы инверторных устройств

Устройство сварочного инвертора составляют следующие базовые элементы:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Целесообразность использования инверторов и их основные недостатки

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

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

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

– это первое, с чем необходимо разобраться начинающему сварщику.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Устройство, особенности и принцип работы трансформаторных сварочных аппаратов

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

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

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

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

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

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

Устройство, особенности и принцип работы трансформаторных выпрямительных сварочных аппаратов

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

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

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

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

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

Устройство, особенности и принцип работы инверторных сварочных аппаратов

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

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

Дачнику, собственнику частного дома или гаража, вполне доступно выполнять сварочные работы самостоятельно. Выбор типа бытового сварочного аппарата зависит от того, что и как требуется надежно соединить.

Консультации и советы продавцов, конечно, помогут сориентироваться в многообразии коммерческих предложений. Однако личная осведомленность покупателя и самые элементарные знания помогут задать правильные вопросы и понять ответы на них.

В этой статье вы найдете для себя базовую информацию о том, что такое сварка и на чем основан принцип работы сварочного аппарата.

Что такое сварка?

Процесс неразъемного соединения нескольких деталей в единое целое посредством нагрева, деформирования и применения присадочных материалов (электродов) называется сваркой.

Материалы твердых соединяемых компонентов нагреваются до состояния, когда возникают межмолекулярные или межатомные связи в месте сварки. Аналогичного эффекта можно достичь, оказывая давление на поверхности в месте желаемого соединения.

Сочетание давления и нагрева позволяет оптимизировать и регулировать процесс сварки. Причем чем выше температура, тем меньшее требуется давление. При достижении температур плавления материалов соединяемых деталей потребность в давлении на них и вовсе исчезает.

Способ сварки, будучи зависимым от ряда факторов, влияет на выбор сварочного оборудования.

В этой статье мы говорим не о промышленных, а о бытовых сварочных аппаратах, которые можно купить в магазинах. Поэтому ограничимся описанием оборудования, в котором реализуется принцип электродуговой сварки, и сварочных полуавтоматов, для сварки которыми необходима газовая среда.

Принцип работы сварочного трансформатора

Сварочные аппараты этого типа работают на переменном токе, сила которого регулируется путем изменения напряжения с помощью понижающего трансформатора. В итоге обеспечивается надежное питание сварочной дуги, температура которой может составлять несколько тысяч градусов по Цельсию.

В большинстве конструкций понижение напряжения до требуемого для поддержки стабильности сварочной дуги уровня достигается за счет перемещения одной из обмоток по магнитопроводу-сердечнику. Полученное рабочее напряжение, как правило, не превышает 80В при исходных уровнях 220-380В. Индуктивное сопротивление обмоток изменяется и таким образом регулируется величина сварочного тока.

Кроме этой применяются также конструкции с подвижным магнитным шунтом или тиристорами.

Принцип работы сварочного инвертора

Сварочный инвертор преобразует напряжение и обычный переменный ток (частота 50 Гц, напряжение сети 220В) до значений, необходимых для возникновения и поддержания сварочной электродуги.

Схематично это происходит так:

• Сначала переменный ток трансформируется в постоянный с помощью первичного выпрямителя. Для понижения напряжения с 220В до необходимого уровня служит инверторный блок, в котором постоянный ток становится снова переменным, но высокочастотным, как и напряжение.
• В трансформаторе полученное высокочастотное напряжение понижается до оптимального значения. В результате этих преобразований сила тока значительно повышается.
• После оптимизации напряжения высокочастотный переменный ток во второй раз преобразуется в постоянный. Далее его сила регулируется до требуемых величин.

Таким образом, в сварочном инверторе ток и напряжение четко контролируются. Это позволяет плавно регулировать их уровни и выполнять широкий диапазон сварочных работ для соединения деталей даже из самых тугоплавких металлов и сплавов.

Принцип работы сварочного полуавтомата

Электроды тут не нужны. Потому что в сварочном полуавтомате применяется специальная сварочная проволка, которая плавится в газовой среде.

Для облегчения понимания, что такое сварочный полуавтомат, достаточно знать, что это – установка, в которую входят:

• Источник питания, которым может быть сварочный инвертор или сварочный выпрямитель
• Устройство подачи сварочной проволоки
• Сварочная горелка
• Система управления
• Соединительные кабели и шланги

Сварочная проволка через специальное устройство плавно и корректно поступает в сварочную горелку. В место сварки также подается чистый углекислый газ или его смесь с аргоном.

Так что к вышеперечисленным компонентам установки логично добавить и специальные газосодержащие емкости, а также катушки с намотанной сварочной проволокой.

Информация о том, на чем основан принцип работы сварочного аппарата, в зависимости от его типа, надеемся, поможет лучше разобраться в потребительских характеристиках этого необходимого в быту оборудования и сделать оптимальный выбор.

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.

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.

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

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.

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

Инверторы имеют следующие преимущества:

1. Малая масса. Транзисторы весят значительно меньше трансформатора, поэтому масса прибора составляет 5 – 12 кг против 18 – 35 кг.
2. КПД инверторов достигает порядка 90%. Это связано с меньшими потерями на нагрев «железа». Сварочные трансформаторы сильно греются.
3. В связи с высоким КПД и низкими потерями в железе почти в 2 раза снижается электропотребление аппарата.
4. 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.
5. Сварочные инверторы более «лояльны» к ошибкам сварщиков. Почти все аппараты имеют автоматические режимы, которые не позволяют электроду залипнуть.
6. 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.
7. Есть возможность применения любого типа электродов.
8. Многие аппараты позволяют программировать режимы работы. Это дает возможность более точно настроить аппарат на конкретную задачу.

Недостатки инверторов

1. Главным недостатком инверторов является цена, которая выше стоимости классических сварочных аппаратов на 20 – 50%.
2. 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».
3. 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.