Принцип роботи зварювального інвертора: пристрій і характеристики

1. Як працює інверторний зварювальний апарат
2. Елементи електричної схеми інверторних пристроїв
3. Доцільність використання інверторів і їх основні недоліки

Наши партнеры ArtmMisto

Щоб правильно вибрати обладнання для виконання зварювальних робіт, необхідно знати пристрій конструкції і принцип роботи зварювального інвертора. Якщо добре розбиратися в таких питаннях, можна не тільки ефективно використовувати, а й самостійно ремонтувати інверторні пристрою.

Інверторні зварювальні апарати виробництва Італії

На сучасному ринку пропонується безліч моделей інверторів, що дозволяє майстрам підібрати обладнання відповідно до своїх потреб і фінансових можливостей. При бажанні заощадити можна виготовити інверторний зварювальний апарат своїми руками .

Як працює інверторний зварювальний апарат

Принцип дії инверторного апарату багато в чому схожий з роботою імпульсного блоку живлення. І в инвертор, так і імпульсний блок живлення енергія трансформується схожим чином.

Процес перетворення електричної енергії в зварювальному апараті інверторного типу можна описати так.

• Змінний струм з напругою 220 Вольт, що протікає в звичайної електричної мережі, перетвориться в постійний.
• Отриманий постійний струм за допомогою спеціального блоку електричної схеми інвертора знову перетворюється на змінний, але володіє дуже високою частотою.
• Знижується напруга високочастотного змінного струму, що значно збільшує його силу.
• Сформований електричний струм, що володіє високою частотою, значною силою і низькою напругою, перетворюється в постійний, на якому і виконується зварювання.

Принцип роботи зварювального інвертора

Основним типом зварювальних апаратів, які використовувалися раніше, були трансформаторні пристрої, що підвищували зварювальний струм за рахунок зменшення значення напруги. Найбільш серйозними недоліками такого обладнання, яке активно використовується і сьогодні, є низький ККД (так як в них велика кількість споживаної електричної енергії витрачається на нагрів заліза), великі габарити і вага.

Винахід інверторів, в яких сила зварювального струму регулюється абсолютно за іншим принципом, дозволило значно зменшити розміри зварювальних апаратів, а також знизити їх вагу. Ефективно регулювати зварювальний струм в таких апаратах стає можливим завдяки його високій частоті. Чим вище частота струму, який формує інвертор, тим меншими можуть бути габарити обладнання.

Одна з основних завдань, яке вирішує будь-інвертор, - це збільшення частоти стандартного електричного струму. Можливо це завдяки використанню транзисторів, які перемикаються з частотою 60-80 Гц. Однак, як відомо, на транзистори можна подавати тільки постійний струм, в той час як у звичайній електричній мережі він змінний і має частоту 50 Гц. Щоб перетворити змінний струм в постійний, в інверторних апаратах встановлюють випрямляч, зібраний на основі діодного моста.

Після транзисторного блоку, в якому формується змінний струм з високою частотою, в зварювальних інверторах розташований трансформатор, який знижує напругу і, відповідно, збільшує силу струму. Для регулювання напруги і струму, що мають високу частоту, потрібні менш габаритні трансформатори (при цьому за своєю потужністю вони не поступаються більш великим аналогам).

Зварювальний інвертор без захисного кожуха

Елементи електричної схеми інверторних пристроїв

Пристрій зварювального інвертора становлять такі базові елементи:

• випрямляч змінного струму, що надходить зі звичайної електричної мережі;
• інверторний блок, зібраний на основі високочастотних транзисторів (такий блок і є генератором високочастотних імпульсів);
• трансформатор, який знижує високочастотну напругу і збільшує високочастотний струм;
• випрямляч змінного високочастотного струму;
• робочий шунт;
• електронний блок, який відповідає за управління інвертором.

Якими б характеристиками не володіла певна модель інверторного апарата, принцип його дії, заснований на використанні високочастотного імпульсного перетворювача, залишається незмінним.

Приклад принципової схеми інвертора (натисніть для збільшення)

Випрямний і інверторний блоки обладнання в процесі своєї роботи сильно нагріваються, тому їх встановлюють на радіатори, активно відводять тепло. Крім того, для захисту випрямного блоку від перегріву використовується спеціальний термодатчик, що відключає його електроживлення при досягненні ним температури 90 градусів.

Інверторний блок, який є, по суті, генератором високочастотних імпульсів великої потужності, збирається на основі транзисторів, що з'єднуються за типом «косого моста». Високочастотні електричні імпульси, що формуються в такому генераторі, поступають на трансформатор, необхідний для того, щоб знизити значення їх напруги.

Найбільш поширеними трансформаторами, використовуваними для оснащення зварювальних інверторів, є пристрої з наступними характеристиками: первинна обмотка - 100 витків дроту марки ПЕВ (товщина 0,3 мм); 1-я вторинна обмотка - 15 витків з мідного дроту діаметром 1 мм; 2-а і 3-я вторинні обмотки - 20 витків мідного дроту діаметром 0,35 мм. Всі обмотки ретельно ізолюються одна від одної, а місця їх виходу захищаються і запаюються.

Внутрішній устрій зварювального інвертора

На вихідний випрямляч зварювального інвертора надходить струм, що володіє високою частотою. З перетворенням такого струму в постійний прості діоди не впораються. Саме тому основу випрямляча складають потужні діоди, що володіють великою швидкістю відкривання і закривання. Щоб запобігти перегріванню діодного блоку, його розміщують на спеціальному радіаторі.

Обов'язковим елементом будь-якого зварювального інвертора є резистор високої потужності, що забезпечує пристрою м'який пуск. Необхідність використання такого резистора пояснюється тим, що при включенні харчування на обладнання подається потужний електричний імпульс, який може стати причиною виходу з ладу діодів випрямного блоку. Щоб цього не сталося, струм подається через резистор на електролітичні конденсатори, які починають заряджатися. При досягненні конденсаторами повного заряду і переходу пристрою в штатний режим роботи замикаються контакти електромагнітного реле і струм починає надходити на діоди випрямляча, вже минаючи резистор.

Вихідні дроселі на платі зварювального інвертора

Інвертори завдяки своїм технічним характеристикам дозволяють виконувати регулювання зварювального струму в широкому діапазоні - від 30 до 200 А.

Роботою всіх елементів такого зварювального апарату, що відрізняється компактними габаритами, невеликою вагою і високою потужністю, управляє спеціальний ШІМ-контролер. Електричні сигнали надходять на контролер від операційного підсилювача, що живиться вихідним струмом самого інвертора. На основі характеристик цих сигналів котроллер формує коригувальні вихідні сигнали, які можуть подаватися на діоди випрямляча і транзистори инверторного блоку - генератора високочастотних електричних імпульсів.

Крім основних, сучасні зварювальні інвертори володіють ще цілим переліком корисних додаткових опцій. До таких характеристик, які значно полегшують роботу з пристроєм і дають можливість отримувати якісні, надійні і красиві зварні з'єднання, слід віднести форсування зварювальної дуги (швидкий розпал), антизалипания електрода, плавне регулювання зварювального струму, наявність системи захисту від виникаючих перевантажень.

Монтажна плата з основними елементами інвертора

Доцільність використання інверторів і їх основні недоліки

Широке застосування зварювальних інверторів пояснюється цілою низкою вагомих переваг, якими вони володіють.

• Пристрої даного типу відрізняються високою потужністю і продуктивністю.
• Зварений шов, що формується з використанням інверторів, характеризується високою якістю і надійністю.
• Поряд з високою потужністю, пристрої даного типу відрізняються компактними розмірами і невеликою вагою, що дає можливість легко переносити їх в те місце, де будуть виконуватися зварювальні роботи.
• Зварювальні інвертори володіють великим ККД (близько 90%), споживана електрична енергія використовується в них ефективніше, ніж в трансформаторах.
• Завдяки високому ККД такі апарати відрізняються економічним витрачанням споживаної електроенергії.
• В процесі виконання зварювальних робіт за допомогою інвертора розплавлений метал розбризкується незначно, що відбивається на більш раціональному споживанні витратних матеріалів.
• Інвертори забезпечують можливість плавного регулювання зварювального струму.
• Завдяки наявності в таких пристроях додаткових опцій рівень кваліфікації зварника майже не впливає на якість виконання робіт.
• Широка універсальність інверторів скасовує питання про те, який апарат вибрати для виконання зварювання за різними технологіями.

Інверторні пристрою вибирають в тому випадку, коли потрібен апарат, характеристики якого забезпечують високу стабільність горіння зварювальної дуги в будь-якій ситуації. При використанні інверторів не виникає питання і про те, який електрод вибрати для виконання зварювальних робіт, так як за допомогою цього обладнання можна варити метал електродами будь-якого типу.

Звичайно, недоліки у інверторів теж є, але їх не так багато. Сюди слід віднести досить високу вартість таких пристроїв, в порівнянні зі звичайними зварювальними трансформаторами. Дороги такі пристрої і в ремонті, який найчастіше пов'язаний з необхідністю заміни потужних транзисторів (їх вартість може становити до 60% вартості всього апарату).

Дуже чутливі інвертори до негативних зовнішніх чинників - пилу, бруду, опадів і морозу. Якщо для робіт в польових умовах вам потрібен саме інвертор, доведеться споруджувати для нього закриту і опалювальну майданчик.