Принцип роботи зварювального інвертора і його пристрій (відео)

Сьогодні ринок зварювальних апаратів міцно утримують зварювальні інвертори. Принцип роботи зварювального інвертора істотно відрізняється від старих апаратів (трансформаторних). Такі агрегати захопили ринок відносно недавно, в середині нульових, причинами успіху стали їхні переваги і різко знизилася ціна через здешевлення електроніки.

Конструкція зварювального інвертора.

Що таке інвертор

До появи зварювального інвертора для зварювання використовували апарати з потужними трансформаторами, які видавали ток до 500 А. Вони були громіздкими і важкими, їх маса досягала 20, а іноді і 25 кг. Сучасні інвертори займають мало місця і важать на порядок нижче. Але для того щоб зрозуміти принцип роботи зварювального інвертора, необхідно знати принцип зварювання як процесу.

Схема инверторного зварювального апарату.

Як вже було сказано вище, зварювальний апарат дає на виході великий струм. Цей струм дозволяє отримати електричну дугу, яка має високу температуру і плавить метал. Дуга виникає між металевою поверхнею (тієї, що вимагається заварити) і електродом. Краплі розплавленого дугою металу заливають щілину деталей, що зварюються. Після застигання металу, яке відбувається дуже швидко, утворюється шов, який має високу міцність. Така дугова зварка є основною, на її частку припадає понад 80% всіх з'єднань.

Головне в зварюванні - це струм, який раніше отримували за допомогою потужних трансформаторів, проте вже середина 70-х років минулого століття була відзначена винаходом инверторного зварювального апарату. Він має малі габарити і масу, харчується від побутової мережі в 220 В (або промислової в 380 В), а на виході дає широкий діапазон необхідних струмів.

Коротенько принцип роботи інвертора можна описати так: ток від мережі (змінний, з частотою 50 або 60 Гц) йде на випрямляч, де перетворюється в постійний. Далі йде фільтр, який «згладжує» постійний струм. Після фільтра слід інвертор, який перетворює постійний струм в змінний високої частоти. Далі напруга знижується, і на виході виходить високе значення змінного струму. Регулюючи частоту, можна регулювати струм в широкому діапазоні.

Детальний опис роботи

Принцип роботи зварювального апарату.

В інверторах відбувається збільшення робочих частот з 50/60 Гц до 60 - 80 кГц (при цьому збільшення робочих частот в 4 - 6 разів дозволяє знизити масу і габарити пристрою в 2 - 3 рази). Підвищення частоти (робочої) відбувається в контурі з потужними силовими ключовими транзисторами. Однак для роботи транзисторів, які на виході дають великий струм високої частоти, слід подати постійний струм на вхід. Постійний струм виходить після проходження змінного струму харчування (від зовнішньої мережі) випрямляча. Електричну схему можна умовно розділити на 2 частини: силову і управління. Опис починається з силової частини. Отже, мережевий випрямляч являє собою потужний діодний міст, який перетворює змінний струм в постійний.

Для фільтрування застосовуються конденсатори (часто електролітичні). Фільтр необхідний для згладжування імпульсів, які відбуваються після проходження діодного моста. При цьому значення напруги на виході фільтра буде приблизно в 1,4 рази вище вхідної напруги діодного моста (тобто на корінь з 3). При цьому важливо знати те, що подібні схеми чутливі до перепадів напруги. При підвищенні вхідної напруги більш ніж на 10% вихідна підвищується на 15%, цього достатньо, для того щоб схема згоріла. Також важливим конструктивним елементом випрямляча є радіатор, який охолоджує діодний міст. Це пов'язано з тим, що діоди і резистори в діодному мосту сильно нагріваються під впливом великих струмів.

Крім радіатора, на діодний міст встановлюється і термопредохранитель, в завдання якого входить негайне відключення живлення при нагріванні моста більш ніж на 80 - 90 ° С.

Принципова електрична схема зварювального інвертора.

Перед випрямним вузлом встановлюють фільтр ЕМС (електромагнітна сумісність), він захищає мережу від високочастотних перешкод і являє собою дросель і зв'язку конденсаторів. Інвертор ж являє собою збірку транзисторів (часто з 2 штук) за схемою «косою міст». Комутація постійної напруги в змінну відбувається перемиканням транзисторів, частота яких може становити десятки або сотні кілогерц. Отриманий на виході струм має прямокутну форму. Захист транзисторів від згоряння забезпечують RC-ланцюга, які називають демпфірувальними. Щоб отримати високий струм на виході інвертора, після косого моста стоїть понижуючий трансформатор напруги. За ним знаходиться потужний силовий випрямляч, теж діодний міст, який перетворює змінний струм в постійний. Саме постійний струм на виході генерують інвертори.

Всі силові контури мають охолодження і термодатчики, які відключають апарат при перевищенні допустимого значення температури. Щоб забезпечити плавний запуск апарату, використовують стабілізатори напруги. М'який пуск необхідний через те, що після зарядки конденсаторів фільтра на виході виходить велика значення струму, яке може спалити силові транзистори.

Для керування силовою частиною використовують контролер ШІМ. Він видає сигнали на польовий транзистор. Вихідні сигнали польового транзистора потрапляють на трансформатор розділовий, у якого 2 вихідні обмотки. З обмоток вихідні сигнали надходять на силові ключові діоди (із силової частини). Також для закриття силових транзисторів застосовується «обв'язування» з 2 транзисторів. Для контролю вихідного силового сигналу в системі управління застосовується схема з використанням операційного підсилювача, який подає вхідний сигнал ШІМ-контролера. На вузол операційного підсилювача, крім вихідних сигналів, заводяться сигнали з усіх захисних контурів, в результаті чого припиняється генерація сигналу управління і схема перестає працювати (відключається).

переваги інверторів

Способи підключення зварювального інвертора.

Інвертори мають наступні переваги:

1. Мала маса. Транзистори важать значно менше трансформатора, тому маса приладу складає 5 - 12 кг проти 18 - 35 кг.
2. ККД інверторів сягає близько 90%. Це пов'язано з меншими втратами на нагрівання «заліза». Зварювальні трансформатори сильно гріються.
3. У зв'язку з високим ККД і низькими втратами в залозі майже в 2 рази знижується електроспоживання апарату.
4. Пристрій зварювального інвертора дає можливість регулювання сили струму, що дозволяє здійснити зварювальні роботи в широкому діапазоні, тобто не потрібно спеціальних апаратів для різних матеріалів (типу міді або латуні). Це робить такий апарат універсальним.
5. Зварювальні інвертори більш «лояльні» до помилок зварників. Майже всі апарати мають автоматичні режими, які не дозволяють електроду залипнути.
6. Стабільну вихідну напругу, не залежну від перепадів (до 10%) напруги в мережі. Це дозволяє отримати стабільну зварювальну дугу, параметри якої регулюються автоматично, при цьому можуть бути враховані навіть дрібні перешкоди типу вітру.
7. Є можливість застосування будь-якого типу електродів.
8. Багато апарати дозволяють програмувати режими роботи. Це дає можливість більш точно налаштувати апарат на конкретну задачу.

недоліки інверторів

1. Головним недоліком інверторів є ціна, яка перевищує номінальну вартість класичних зварювальних апаратів на 20 - 50%.
2. Висока вартість ремонту. Зазвичай у цих апаратів виходять з ладу силові транзистори, які складають до 60% вартості всього пристрою. Відповідно, їх заміна влетить «в копієчку».
3. Неможливо використання інверторів в поганих кліматичних умовах: у дощ, сніг або морози. При снігу або морозах зварювання повинна проводитися в спеціальних наметах, де забезпечується температура вище 0 градусів.

Варто відзначити і короткі кабелі живлення, тобто не можна використовувати подовжувачі. Зазвичай кабель живлення має довжину близько 2 метрів. Це викликано тим, що в них наводяться перешкоди, які шкодять роботі інвертора. В результаті інвертори жорстко прив'язані до точок підключення.