Никакой магии или как работает сварочный инвертор

Никакой магии или как работает сварочный инвертор

И сварщики профессионалы, и домашние мастера оценили принцип работы сварочного инвертора, поэтому эти приборы постепенно вытесняют с рынка традиционные сварочные трансформаторы и выпрямители. И скоро настанет то время, когда они будут царить на современном рынке сварочного оборудования. Что такое сварочный инвертор, почему они появились недавно? Необходимо отметить, что принцип инвертности, а соответственно и сам сварочный агрегат появились не вчера. Принципиальные схемы аппаратов были разработаны в 70-х годах прошлого века. Но в современном виде сварочные приборы появились недавно.

Виды инверторных аппаратов

Аппараты для ручной сварки покрытыми электродами, обозначаемой аббревиатурой ММА, разделяются на группы.

• Бытовые. Агрегаты для нечастого применения и несложных работ, не требующих большой мощности.
• Полупрофессиональные. Средний класс по цене, мощности и производительности.
• Профессиональные. Способны выдерживать ежедневные нагрузки, в этом классе присутствуют универсальные агрегаты, которые, помимо ручной дуговой сварки, могут работать в других режимах: в качестве резака или для сварки в среде инертных защитных газов.

Принцип работы сварочных инверторов

Сварочные аппараты инверторного типа работают на принципе двойного преобразования питающего напряжения. Весь процесс происходит в несколько этапов:

• Выпрямление сетевого напряжения;
• Преобразование его в напряжение высокой частоты;
• Понижение величины напряжения;
• Выпрямление полученного напряжения.

Напряжение сети 220/380 вольт через сетевой фильтр поступает на мост из мощных кремниевых диодов, где выпрямляется. Фильтр препятствует проникновению сетевых импульсных помех на электронную схему сварочного инвертора. Пульсации полученного напряжения сглаживаются конденсаторами большой ёмкости.

Далее постоянное напряжение, порядка 310 вольт, преобразуется в переменное импульсное напряжение высокой частоты. Её величина может находиться в интервале 40-80 кГц. Преобразование (инвертирование) осуществляется мощными IGBT или MOSFET полупроводниковыми элементами. Из-за рассеивания большого количества тепла, транзисторные ключи устанавливаются на мощных радиаторах. Инвертор работает под управлением ШИМ контроллера.

Импульсы с выхода преобразователя поступают на первичную обмотку трансформатора, который предназначен для понижения напряжения до оптимальной величины. Использование высокой частоты позволило добиться очень маленьких габаритов трансформатора. Если обычный сварочный трансформатор на 160А весит около 20 кг, то импульсный сварочный преобразователь весит не более 4 кг.

Последним элементом схемы сварочного инвертора является диодный выпрямитель. Поскольку для такой частоты обычные диоды не годятся, в выпрямителе применяются высокоскоростные диодные сборки. Это могут быть обычные элементы или диоды Шотки. Они монтируются на радиаторах.

Для получения оптимального температурного режима в конструкции сварочного преобразователя предусмотрен вентилятор. Важным элементом схемы инвертора является реле плавного пуска. Оно состоит из мощного резистора и конденсатора и предназначено для того, чтобы мощный электрический импульс, образующийся в момент включения прибора, не «выбил» диоды мостовой схемы.

Какой сварочный аппарат лучше: инвертор или трансформатор

Решить, что лучше для сварки металла в собственном гараже или доме, несложно. Помогут сравнительные характеристики источников питания. Сначала о сходстве: оба необходимы для преобразования электротока, получения рабочих токовых параметров, только инверторные снабжены электронными преобразователями.

Сравнить габариты сварочных аппаратов инверторного и трансформаторного поможет небольшой пример. Для генерации 160 А нужен трансформатор весом 20 кг или инвертор 2,5 кг. Самая большая мощность у инвертора, однако, у трансформаторов большой КПД.

Трансформаторный агрегат освоить сложнее, потребуются специальные знания, навыки для настройки. Инверторные устройства легче поддаются новичкам. Снижается риск неровных швов за счет встроенных функций:

• Hotstart улучшает розжиг дуги в момент включения сварочника;
• Arcforce препятствует залипанию электрода во время падения капли, происходит форсаж электродуги;
• Anti-stick защищает от перегрузки в момент короткого замыкания, дуга не затухает.

Возможности инвертора шире, можно получать постоянный электроток необходимой силы. Переменный высокочастотный или импульсный схож по действию с постоянным.

У трансформаторных сварочников нет такого понятия: прерывистость, на каждом инверторе указывается режим эксплуатации. Если КПД равен 50%, через каждые полчаса агрегат на 15 минут отключают.

Однозначно сказать, какой из сварочников лучше, нельзя. Вернее, такое заключение не имеет смысла. Многое зависит от условий работы, характера свариваемых заготовок, мастерства сварщика, наконец.

Недорогие инверторные аппараты хорошо подойдут для дачи и гаража, в тех случаях, если нет большого опыта работы и пользоваться пару раз в год. Но следует не забывать о хранении: оберегать от повышенных влажности, запыленности и низких температур.

Инверторные сварочные аппараты. Как выбрать. Типы и работа

Применение сварки в домашних условиях с каждым годом набирает все больше оборотов. Многие домашние мастера стараются, как освоить профессию электросварщика, так и обзавестись для этого необходимым инструментом, таки как инверторные сварочные аппараты.

Первый вопрос, который обычно возникает, это какой сварочник лучше приобрести для дома, чтобы он справлялся с поставленными задачами. Рассмотрим типы аппаратов, а также их отличие. Разберем ошибки, которые совершают большинство людей при покупке аппарата, и как эти ошибки не допустить. А также обратим внимание на критерии, по которым следует выбирать сварочный аппарат, чтобы ваш выбор был успешным.

Типы сварочных аппаратов

Существует два типа сварочных аппаратов:

1. Трансформаторные.
2. Инверторные.

Если сравнивать два этих типа аппаратов, то разница между ними велика. На первый взгляд она выражается в цене, размерах или габаритах аппарата, их весе, а также в быстрой регулировке тока. Однако, еще больше отличий в процессе самой сварки, что намного важнее.

Устройство и принцип действия

В продаже имеются инверторные сварочные аппараты, позволяющие получать качественные сварные швы. Вес инвертора для сварки в разы меньше, чем у трансформаторного аппарата, это увеличивает производительность сварки. Инверторные сварочные аппараты – это современные устройства для сварки, вытеснившие обычные трансформаторы, генераторы и выпрямители.

На выпрямитель поступает переменный ток от сети 220 В. Фильтр сглаживает ток. Далее, инвертор преобразует его специальными транзисторами с высокой частотой коммутации в ток переменный с очень большой частотой – около 50000 Гц. Напряжение с этой частотой снижается до 90 В, сила тока увеличивается до нужных значений сварки, 200 А.

Высокая частота — главное решение технического плана, позволяющее достигнуть преимущества инвертора, по сравнению с обычными аппаратами.

В сварочном инверторе ток сварки необходимых значений образуется преобразованием токов высокой частоты, а не изменением ЭДС в обмотке индукции, как это было в сварочных трансформаторах. Вспомогательные преобразования тока перед усилением дают возможность применять трансформатор с небольшими размерами.

Для получения тока в инверторе в 160 ампер необходим трансформатор массой 250 граммов, в обычных сварочных трансформаторах нужен вес около 18 кг.

Качество сварки

Дуговая сварка относится к работе большой ответственности. Сварщик должен иметь соответствующую квалификацию и практический опыт. Инверторные сварочные аппараты дают возможность проще производить процесс сварки.

У старых аппаратов напряжение выхода зависело от напряжения входа. Если напряжение в сети понижено, то нельзя нормально зажечь дугу, электрод залипает. При увеличении тока металл слишком горит. Инверторные сварочные аппараты устроены так, что выходное напряжение не имеет зависимости от входного напряжения. Определенный ток сварки поддерживается постоянным, при этом не важно, какое напряжение сети. Предотвращается залипание, образуется устойчивая дуга.

Это облегчает сварщику выполнять работу, качество шва не зависит от длины дуги. Опыт использования инверторов для сварки говорит о том, что они улучшают розжиг дуги, поддерживают ее постоянной, не дают залипнуть электроду, со сваркой справится даже начинающий работник. Инверторы стали выгодными устройствами для использования в строительстве и ремонте.

Инверторные сварочные аппараты их достоинства

• Основным преимуществом инвертора остается его малый вес. Применение для сварки электродов разных марок, как для постоянного, так и для переменного тока, также служит преимуществом этого устройства. Это играет важную роль для сварки чугуна и цветных металлов.
• Инверторный аппарат имеет большой интервал регулирования тока сварки, что позволяет использовать аргонодуговую сварку.
• Имеется функция для розжига электрода. При начале работы подается наибольшее значение тока.
• При замыкании электрода есть функция снижения тока до минимального. Это не дает электроду залипнуть во время сварки детали.
• Во время отрыва капли ток увеличивается, чтобы избежать залипания.

Недостатки

• Высокая цена относится к недостаткам аппаратов на инверторах. Она выше почти в три раза обычных сварочников.
• Пыль вредит устройству инвертора, как и для любой электроники. Рекомендуется 2 раза в год чистить и удалять пыль из корпуса устройства, а также по мере загрязнения.
• Низкие температуры отрицательно сказываются на работоспособности инверторных сварочных аппаратах. При -15 градусах варить можно не всегда, в зависимости от размеров деталей. Необходимо изучить инструкцию изготовителя, ознакомиться с условиями возможной эксплуатации устройства.
• Ограниченная длина кабелей до 2,5 метров.

Как выбирать инверторные сварочные аппараты

Здесь инверторы по сравнению со сварочным трансформатором имеют более широкие возможности, позволяют работать с различными типами электродов, предназначенных для сварки нержавейки, чугуна. Даже позволяют использовать электроды для ответственных металлоконструкций. Работают при пониженном напряжении питающей сети, особенно, если у вас дача или частный сектор.

Также, функции, которыми обладает инвертор – антиприлипание, форсаж дуги хорошо помогает на начальном этапе обучения электросварке. Инвертор по сравнению с трансформатором имеет больший потенциал в работе, не выключаясь от перегрева. Чтобы ответить, что именно необходимо вам, спросите себя: какие сварочные работы я собираюсь проводить.

Если для вас сварочный аппарат нужен как дополнение к вашему основному инструменту, и при этом вы не собираетесь особо тратиться, то возможно вам хватит и трансформатора. Однако, если у вас более далеко идущие планы по поводу применения сварки у себя дома, например, для изготовления металлоконструкций или для строительства, то инвертор – это самое подходящее, особенно начинающему сварщику.

На что большинство людей обращает внимание при покупке сварочного аппарата. Какие ошибки они при этом допускают. Некоторые придают слишком большое значение какой-то конкретной модели или бренду, как будто от этого все зависит. Залог качественной сварки зависит не только от модного или дорогостоящего оборудования, но и от навыка и умения сварщика. Поэтому, не ждите от сварочного аппарата космических технологий, как будто, только лишь коснувшись электродом о металл, он у вас будет сам варить.

В аппарате есть функции, которые лишь облегчают процесс сварки, но не делают его при этом за вас. Поэтому при выборе сварочного аппарата не стоит ставить себе слишком высокую планку, потому что успешные модели есть не только европейского производства, но также, отечественного, и даже китайского. Вторая проблема при выборе сварочного аппарата заключается в том, что многие обращают внимание в первую очередь на размеры или габариты сварочного аппарата, а также на его вес. Стараются купить его как можно меньше и компактнее.

Отчасти сказывается советское, когда сварочные аппараты были внушительных размеров, их нужно было перевозить на колесах, да еще кого-то брать в помощь для этого. Понятно, что это может давить психологически. От таких аппаратов лучше держаться подальше. Однако, покупка сварочного инверторного аппарата поменьше не очень правильно, поскольку в такую же маленькую коробочку или корпус сварочного аппарата стараются запихнуть комплектующие. А чтобы они туда влезли, их минимизируют. Соответственно, это сказывается на мощности самого аппарата, а также на том, на сколько часто этот сварочный аппарат будет выключаться для охлаждения его от перегрева.

Маленькие по размерам инверторные сварочные аппараты, легкие по весу, годятся больше как дополнение к основным аппаратам, и предназначены для таких работ, где сварки минимум. Например, для установок решеток или дверей.

Еще одна из причин, которые влияют на выбор сварочного аппарата поменьше, это тот стандартный кабель, который идет вместе с аппаратом. Его длина многих не устраивает, поскольку ограничивает ваши действия. Это особенно заметно при работах на высоте. Многие понимая, что при такой длине кабеля сварочный аппарат придется таскать у себя на плече, то, чтобы облегчить себе эту ношу, стараются выбирать его как можно легче. Однако лучшим решением будет не подборка аппарата легче, а удлинение кабеля в разумных пределах.

Для этого вам не нужно ничего выдумывать. Есть готовые удлинители, которые можно использовать. Можно использовать как свой родной кабель, так и можете подключать удлинитель, если работаете на высоте.

Параметры выбора инверторного сварочного аппарата

Ампераж, максимальный сварочный ток, который обещает производитель. Он напрямую зависит от металла, с которым вы собираетесь работать, от его толщины. Под определенную толщину металла подбирают необходимый диаметр электрода. Вам нужен такой сварочный ток, при котором бы уверенно горел ваш электрод, прогревал ваш металл и давал при этом надежное сварное соединение. Если вы собираетесь работать с профильной трубой, то используют электроды диаметром 3 мм. Максимальный рабочий ток в этом случае 120-140 ампер. Если вы используете уголок, швеллер, то нужен электрод диаметром 4 мм, максимальный ток нужен 160-180 ампер. Ампераж показан на регулировке сварочного тока. Сварочный аппарат нужно выбирать с запасом тока. Вы можете удлинить кабеля. Аппарат вы можете подключать к длинной переноске. Все это может сказываться на мощности сварочного аппарата.

Технические параметры

Итак, как работает инверторный сварочный аппарат – понятно. Данный принцип остается неизменным для всех типов таких устройств. Тем не менее на рынке доступно большое количество различных моделей, представленных как отечественным производителем, так и зарубежными компаниями.

Хотя принцип действия инверторных сварочных аппаратов остается неизменным, некоторые характеристики все же отличаются, а именно:

• величина сварочного тока может варьироваться в широком диапазоне значений: профессиональным устройствам свойственны широкие интервалы, а вот бытовым вариантам более узкие;
• продолжительность включения, показывающая длительность работы на выбранном токе без перерывов.
• холостой ход;
• напряжение электросети.

Таким образом, характеристики будут зависеть от параметров выходного выпрямителя, а также преобразователя частоты тока.

Еще к немаловажным критериям относится мощность прибора. В промышленных агрегатах она может быть очень высокой и достигать двадцати киловатт. Конечно же, использовать подобное оборудование в бытовых целях невозможно. Простая электросеть попросту не рассчитана на подобные нагрузки.

Характеристики сварочного инвертора.

Стоит понимать: стоимость инструмента будет зависеть от мощности. Чем она выше, тем больше придется заплатить.

Практически все современные типы подобных устройств способны осуществлять следующие виды сварки:

• полуавтоматическая в среде инертных или активных газов, так называемая MIG/MAG;
• ручная дуговая с применением электродов;
• аргонодуговая в среде защитного газа.

В случае использования устройств в последнем типе сварки, инверторы могут комплектоваться дополнительными функциями. К таким относится возможность постепенного снижения силы тока, бесконтактное зажигание дуги, сварка в импульсном режиме, регулировка длительности обдува поверхности газом и т.д.

Процесс сварки в ручном режиме становится более простым и комфортным из-за наличия функции форсажа дуги – ее розжига простым касанием поверхности соединяемых металлических частей конструкции.

В инверторах могут быть реализованы и другие функции. Все они призваны сделать процесс сварки более простым. Тут важно понимать: количество «наворотов» устройства неукоснительно ведет к увеличению его стоимости.

Работа в среде инертных газов также может быть облегчена некоторыми дополнительными возможностями агрегата.

• «мягкий финиш» – автоматическое дожигание проволоки после окончания ее подачи;
• «синергетика» – автоматическое «подстраивание» параметров сварки под значения, заранее заданные мастером;
• «2/ такта» – возможность переключения подачи проволоки с автоматического режима на ручной и обратно;
• «индуктивность» – позволяет понизить количество разбрызгиваемого металла, а также контролировать ширину шва и стабильность дуги.

Как работает сварочный инвертор

В качестве примера рассмотрим устройство сварочного инвертора бренда «TELWIN» (рисунки к указанному бренду отношения не имеют). Внешний вид платы с указанием расположения элементов схемы приведён на рисунке.

Вариант компоновки деталей сварочного инвертора.

Схема сварочного инвертора состоит из двух основных частей: силовой и управляющей.

Управление током

Регулирование сварочного тока инвертора производится посредством электронного регулятора с обратной связью, изображённого на схеме. С помощью потенциометра, расположенного на лицевой панели сварочного инвертора, выбирается требуемая величина тока сварки.

При вращении ручки потенциометра, устанавливается некий уровень опорного напряжения на входе логических элементов, построенных на операционных усилителях.

Сигнал, поступающий по линии обратной связи с датчика тока, расположенного на выходе аппарата, сравнивается компаратором с уровнем заданного регулирующим потенциометром напряжения.

При несовпадении уровней напряжения задающей цепи и сигнала датчика тока, происходит изменение амплитуды управляющего импульса, поступающего на контроллер.

При этом происходит изменение скважности импульсов, генерируемых контроллером, что вызывает изменение режима переключения транзисторов и в конечном итоге, величины тока сварки.

То есть, принцип регулирования заключается в том, что схема всегда стремится поддерживать соответствие между значениями заданного и фактического тока, что обеспечивает его стабильность.

В качестве контроллера, формирующего регулируемые сигналы широтно-импульсной модуляции, обычно применяется микросхема TL494, производимая американской фирмой Texas Instruments, либо её аналоги.

Приведённая структурная схема показывает только принцип работы и взаимодействия отдельных функциональных блоков. Детализованная электросхема каждого типа инверторов может иметь индивидуальные особенности.

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 электрической схемы инвертора 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.

Принцип работы сварочного инвертора

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 сварочных инверторах 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).

Сварочный инвертор без защитного кожуха

Итоги и выводы

Инверторные сварочные аппараты — надёжны, просты в использовании и занимают мало места. Их сборка очень проста, поэтому ИСА можно легко отремонтировать или без труда собрать самостоятельно.

Для их сборки нужно несколько схем, немного деталей и терпение. Сейчас на рынке инверторов предоставлены аппараты для сварки типа: ММА, TIG, MIG/MAG, и комбинированные варианты.

В статье перечислены дешевые, многофункциональные и качественные ИСА. Они имеют много положительных отзывов от квалифицированных сварщиков и сварщиков-любителей. Они конкурируют с профессиональным сварочным аппаратам.

Инверторы подходят для ручной дуговой сварки и для сварки типа TIG. Успехов в работе!