Схема зварювального інвертора - принципова схема инверторной зварювання

1. Які види інверторів представлені на сучасному ринку
2. Що включає в себе конструкція зварювального інвертора
3. Як працює зварювальний інвертор
4. Процеси, які відбуваються в електричній схемі зварювального інвертора
5. Елементи захисту інвертора і управління ним
6. Переваги та недоліки зварювальних апаратів інверторного типу

Наши партнеры ArtmMisto

схема зварювального інвертора в корені відрізняється від пристрою його попередника - зварювального трансформатора. Основою конструкції колишніх зварювальних апаратів був трансформатор понижуючого типу, що робило їх габаритними і важкими. Сучасні зварювальні інвертори завдяки використанню при їх виробництві передових розробок - це легкі і компактні пристрої, що відрізняються широкими функціональними можливостями.

Зварювальний інвертор без кришки

Основним елементом електричної схеми будь-якого зварювального інвертора є імпульсний перетворювач, що виробляє струм високої частоти. Саме завдяки цьому використання інвертора дає можливість легко запалювати зварювальну дугу і підтримувати її в стабільному стані на всьому протязі зварювання. Схема зварювального інвертора в залежності від моделі може мати певні особливості, але принцип його роботи, який буде розглянуто нижче, залишається незмінним.

Які види інверторів представлені на сучасному ринку

Для певного типу зварювання слід правильно вибирати инверторное обладнання, кожен вид якого має специфічну електричної схемою і, відповідно, особливими технічними характеристиками і функціональними можливостями.

Інвертори, які випускають сучасні виробники, можуть однаково успішно використовуватися як на виробничих підприємствах, так і в побуті. Розробники постійно вдосконалюють принципові електричні схеми інверторних апаратів, що дозволяє наділяти їх новими функціями і покращувати їх технічні характеристики.

Кількість роз'ємів і органів управління на передній панелі багато в чому говорять про можливості зварювального інвертора

Інверторні пристрою в якості основного обладнання широко використовуються для виконання наступних технологічних операцій:

• зварки плавиться і не плавиться електродами;
• зварювання по напівавтоматичного і автоматичної технологій;
• плазмового різання і ін.

Крім того, інверторні апарати є найбільш ефективним типом обладнання, яке використовується для зварювання алюмінію, нержавіючої сталі та інших сложносваріваемих металів. Зварювальні інвертори, незалежно від особливостей своєї електричної схеми, дозволяють отримувати якісні, надійні і акуратні зварні шви, що виконуються по будь-якої технології. При цьому, що важливо, компактний і не надто важкий інверторний апарат при необхідності можна в будь-який момент легко перенести в те місце, де будуть виконуватися зварювальні роботи.

Мобільність - одна з переваг інверторних апаратів

Що включає в себе конструкція зварювального інвертора

Схема зварювального інвертора, яка визначає його технічні характеристики і функціональність, включає в себе такі обов'язкові елементи, як:

• блок, що забезпечує електричним живленням силову частину пристрою (він складається з випрямляча, ємнісного фільтра і нелінійної зарядної ланцюга);
• силова частина, виконана на базі однотактного конвертора (в дану частину електричної схеми також входять силовий трансформатор, вторинний випрямляч і вихідний дросель);
• блок живлення елементів слаботочной частини електричної схеми инверторного апарату;
• ШІМ-контролер, який включає в себе трансформатор струму і датчик струму навантаження;
• блок, який відповідає за термозахист і управління охолоджуючими вентиляторами (в даний блок принципової схеми входять вентилятори інвертора і температурні датчики);
• органи управління та індикації.

Як працює зварювальний інвертор

Формування струму великої сили, за допомогою якого створюється електрична дуга для розплавлення кромок з'єднуються деталей і присадочного матеріалу, - це те, для чого призначений будь-який зварювальний апарат. Для цих же цілей необхідний і інверторний апарат, що дозволяє формувати зварювальний струм з великим діапазоном характеристик.

У найбільш простому викладі принцип роботи інвертора виглядає так.

• Змінний струм з частотою 50 Гц зі звичайної електричної мережі надходить на випрямляч, де відбувається його перетворення в постійний.
• Після випрямляча постійний струм згладжується за допомогою спеціального фільтра.
• З фільтра постійний струм надходить безпосередньо на інвертор, в завдання якого входить знову перетворити його в змінний, але вже з більш високою частотою.
• Після цього за допомогою трансформатора знижують напругу змінного високочастотного струму, що дає можливість збільшити його силу.

Блок-схема зварювального апарату інверторного типу

Для того щоб зрозуміти, яке значення має кожен елемент принципової електричної схеми инверторного апарату, варто розглянути його роботу докладніше.

Процеси, які відбуваються в електричній схемі зварювального інвертора

схема зварювального апарату інверторного типу дозволяє збільшувати частоту струму зі стандартних 50 Гц до 60-80 кГц. Завдяки тому, що на виході такого пристрою регулюванню піддається високочастотний струм, для цього можна ефективно використовувати компактні трансформатори. Збільшення частоти струму відбувається в тій частині електричної схеми інвертора, де розташований контур з потужними силовими транзисторами. Як відомо, на транзистори подається тільки постійний струм, для чого і необхідний випрямляч на вході апарату.

Принципова схема заводського зварювального інвертора «Ресанта» (натисніть, щоб збільшити)

Схема інвертора від німецького виробника FUBAG з рядом додаткових функцій (натисніть, щоб збільшити)

Приклад принципової електричної схеми зварювального інвертора для самостійного виготовлення (натисніть, щоб збільшити)

Принципова електрична схема инверторного пристрою складається з двох основних частин: силового ділянки і ланцюги управління. Першим елементом силового ділянки схеми є діодний міст. Завдання такого мосту якраз і полягає в тому, щоб перетворити змінний струм в постійний.

У постійному струмі, перетвореному з змінного в діодному мосту, можуть виникати імпульси, які необхідно згладжувати. Для цього після діодного моста встановлюється фільтр, що складається з конденсаторів переважно електролітичного типу. Важливо знати, що напруга, яка виходить з діодного моста, приблизно в 1,4 рази більше, ніж його значення на вході. Діоди випрямляча при перетворенні змінного струму в постійний дуже сильно нагріваються, що може серйозно позначитися на їх працездатності.

Компоненти зварювального інвертора на прикладі саморобного апарату

Щоб захистити їх, а також інші елементи випрямляча від перегріву, в даній частині електричної схеми використовують радіатори. Крім того, на сам діодний міст встановлюється термопредохранитель, в завдання якого входить відключення електроживлення в тому випадку, якщо діодний міст нагрівся до температури, що перевищує 80-90 градусів.

Високочастотні перешкоди, створювані при роботі інверторного пристрої, можуть через його вхід потрапити в електричну мережу. Щоб цього не сталося, перед випрямним блоком схеми встановлюється фільтр електромагнітної сумісності. Складається такий фільтр з дроселя і декількох конденсаторів.

Блок живлення інвертора

Сам інвертор, який перетворює вже постійний струм в змінний, але володіє значно більш високою частотою, збирається з транзисторів по схемі «косою міст». Частота перемикання транзисторів, за рахунок яких і відбувається формування змінного струму, може становити десятки або сотні кілогерц. Отриманий таким чином високочастотний змінний струм має амплітуду прямокутної форми.

Отримати на виході пристрою ток достатньої сили для того, щоб можна було з його допомогою ефективно виконувати зварювальні роботи, дозволяє знижує напругу трансформатор, встановлений за інверторним блоком. Для того щоб отримати за допомогою інверторного апарата постійний струм, після понижувального трансформатора підключають потужний випрямляч, також зібраний на діодному мосту.

Транзистори для силового модуля зварювального інвертора

Елементи захисту інвертора і управління ним

Уникнути впливу негативних факторів на роботу інвертора дозволяють кілька елементів в його принциповій електричній схемі.

Для того щоб транзистори, які перетворять постійний струм в змінний, не згоріли в процесі своєї роботи, використовуються спеціальні демпфирующие (RC) ланцюга. Всі блоки електричної схеми, які працюють під великим навантаженням і сильно нагріваються, не тільки забезпечені примусовим охолодженням, але також підключені до термодатчика, що відключає їх харчування в тому випадку, якщо температура їх нагрівання перевищила критичне значення.

Радіатори і вентилятори системи охолодження займають значний простір усередині інвертора

Через те, що конденсатори фільтра після своєї зарядки можуть видавати струм великої сили, який в змозі спалити транзистори інвертора, апарату необхідно забезпечити плавний пуск. Для цього використовують стабілізаторние пристрою.

У схемі будь-якого інвертора є ШІМ-контролер, який відповідає за управління всіма елементами його електричної схеми. Від ШІМ-контролера електричні сигнали надходять на польовий транзистор, а від нього - на розділовий трансформатор, що має одночасно дві вихідні обмотки. ШІМ-контролер за допомогою інших елементів електричної схеми також подає сигнали на силові діоди і силові транзистори инверторного блоку. Для того щоб контролер міг ефективно управляти всіма елементами електричної схеми інвертора, на нього також необхідно подавати електричні сигнали.

Для вироблення таких сигналів використовується операційний підсилювач, на вхід якого подається формується в инверторе вихідний струм. При розбіжності значень останнього із заданими параметрами операційний підсилювач і формує керуючий сигнал на контролер. Крім того, на операційний підсилювач надходять сигнали від усіх захисних контурів. Це необхідно для того, щоб він зміг відключити інвертор від електроживлення в той момент, коли в його електричній схемі виникне критична ситуація.

Переваги та недоліки зварювальних апаратів інверторного типу

інверторні зварювальні апарати, які прийшли на зміну звичним всім трансформаторів, мають ряд вагомих переваг.

• Завдяки абсолютно іншого підходу до формування і регулювання зварювального струму маса таких пристроїв становить всього 5-12 кг, в той час як зварювальні трансформатори важать 18-35 кг.
• Інвертори мають дуже високим ККД (близько 90%). Це пояснюється тим, що в них витрачається значно менше зайвої енергії на нагрів складових частин. Зварювальні трансформатори, на відміну від інверторних пристроїв, дуже сильно гріються.
• Інвертори завдяки такому високому ККД споживають в 2 рази менше електричної енергії, ніж звичайні трансформатори для зварювання.
• Висока універсальність інверторних апаратів пояснюється можливістю регулювати з їх допомогою зварювальний струм в широких межах. Завдяки цьому один і той же пристрій можна використовувати для зварювання деталей з різних металів, а також для її виконання за різними технологіями.
• Більшість сучасних моделей інверторів наділені опціями, які мінімізують вплив помилок зварника на технологічний процес. До таких опцій, зокрема, відносяться «антизалипания» і «Форсування дуги» (швидкий розпал).
• Виняткова стабільність напруги, що подається на зварювальну дугу, забезпечується за рахунок автоматичних елементів електричної схеми інвертора. Автоматика в даному випадку не тільки враховує і згладжує перепади вхідної напруги, але і коригує навіть такі перешкоди, як загасання зварювальної дуги через сильний вітер.
• Сварка з використанням інверторного обладнання може виконуватися електродами будь-якого типу.
• Деякі моделі сучасних зварювальних інверторів мають функцію програмування, що дозволяє точно і оперативно налаштовувати їх режими при виконанні робіт певного типу.

Як у будь-яких складних технічних пристроїв, у зварювальних інверторів є і ряд недоліків, про які також необхідно знати.

• Інвертори відрізняються високою вартістю, на 20-50% перевищує вартість звичайних зварювальних трансформаторів.
• Найбільш уразливими і часто виходять з ладу елементами інверторних пристроїв є транзистори, вартість яких може складати до 60% вартості всього апарату. відповідно, ремонт зварювального інвертора є досить дорогим заходом.
• Інвертори через складність їх принципової електричної схеми не рекомендується використовувати в поганих погодних умовах і при негативних температурах, що серйозно обмежує область їх застосування. Для того щоб застосовувати такий пристрій в польових умовах, необхідно підготувати спеціальну закриту і опалювальну майданчик.

Під час зварювальних робіт, виконуваних з використанням інвертора, не можна використовувати довгі дроти, так як в них наводяться перешкоди, що негативно відбиваються на роботі пристрою. З цієї причини дроти для інверторів роблять досить короткими (близько 2 метрів), що вносить в зварювальні роботи деяку незручність.