Hydratool.ru

Журнал "ГидраТул"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство сварочного инвертора

Устройство сварочного инвертора

Сварочный инверторный аппарат Telwin

В настоящее время стали очень популярны и доступны по цене сварочные аппараты инверторного типа.

Несмотря на свои положительные качества, они, как и любое другое электронное устройство, временами выходит из строя.

Чтобы отремонтировать инвертор сварочного аппарата нужно хотя бы поверхностно знать его устройство и основные функциональные блоки.

В первых двух частях будет рассказано об устройстве сварочного аппарата модели TELWIN Tecnica 144-164. В третьей части будет рассмотрен пример реального ремонта сварочного инвертора модели TELWIN Force 165. Информация будет полезна всем тем начинающим радиолюбителям, которые хотели бы научиться самостоятельно ремонтировать сварочные аппараты инверторного типа.

Дальше будет много букв – наберитесь терпения .

Сам инверторный сварочный аппарат представляет не что иное, как довольно мощный блок питания. По принципу действия он очень схож с импульсными блоками питания, например, компьютерными блоками питания AT и ATX. Вы спросите: «Чем они похожи? Это ведь абсолютно разные устройства…». Схожесть заключается в принципе преобразования энергии.

Основные этапы преобразования энергии в инверторном сварочном аппарате:

1. Выпрямление переменного напряжения электросети 220V;

2. Преобразование постоянного напряжения в переменное высокой частоты;

3. Понижение высокочастотного напряжения;

4. Выпрямление пониженного высокочастотного напряжения.

Это кратко, так сказать, на пальцах . Такие же преобразования происходят в импульсных блоках питания для ПК.

Спрашивается, а зачем нужны эти пляски с бубном (несколько ступеней преобразования напряжения и тока)? А дело тут вот в чём.

Ранее основным элементом сварочного аппарата являлся мощный силовой трансформатор. Он понижал переменное напряжение электросети и позволял получать от вторичной обмотки огромные токи (десятки – сотни ампер), необходимых для сварки. Как известно, если понизить напряжение на вторичной обмотке трансформатора, то можно во столько же раз увеличить ток, который может отдать нагрузке вторичная обмотка. При этом уменьшается число витков вторичной обмотки, но и растёт диаметр обмоточного провода.

Из-за своей высокой мощности, трансформаторы, которые работают на частоте 50 Гц (такова частота переменного тока электросети), имеют весьма большие размеры и вес.

Чтобы устранить этот недостаток были разработаны инверторные сварочные аппараты. За счёт увеличения рабочей частоты до 60-80 кГц и более, удалось уменьшить габариты, а, следовательно, и вес трансформатора. За счёт увеличения рабочей частоты преобразования в 4 раза удаётся снизить габариты трансформатора в 2 раза. А это приводит к уменьшению веса сварочного аппарата, а также к экономии меди и других материалов на изготовление трансформатора.

Но где взять эти самые 60-80 кГц, если частота переменного тока электросети всего 50 Гц? Тут на выручку приходит инверторная схема, которая состоит из мощных ключевых транзисторов, которые переключаются с частотой 60-80 кГц. Но чтобы транзисторы работали, необходимо подать на них постоянное напряжение. Его получают от выпрямителя. Напряжение электросети выпрямляется мощным диодным мостом и сглаживается фильтрующими конденсаторами. В результате на выходе выпрямителя и фильтра получается постоянное напряжение величиной более 220 вольт. Это первая ступень преобразования.

Вот это напряжение и служит источником питания для инверторной схемы. Мощные транзисторы инвертора подключены к понижающему трансформатору. Как уже говорилось, транзисторы переключаются с огромной частотой в 60-80 кГц, а, следовательно, трансформатор работает также на этой частоте. Но, как уже говорилось, для работы на высоких частотах требуются менее громоздкие трансформаторы, ведь частота то уже не 50 Гц, а все 65000 Гц! В результате трансформатор «сжимается» до весьма малых размеров, а мощность его такая же, как и у здоровенного собрата, который работает на частоте 50 Гц. Думаю, идея понятна.

Вся эта петрушка с преобразованием привела к тому, что в схемотехнике сварочного аппарата появляется куча всяких дополнительных элементов, служащих для того, чтобы аппарат стабильно работал. Но, хватить теории, перейдём к "мясу", а точнее к реальному железу и тому, как оно устроено.

Устройство сварочного аппарата инверторного типа. Часть 1. Силовой блок.

Разбираться в устройстве сварочного инвертора желательно по схеме конкретного аппарата. К сожалению, схемы на TELWIN Force 165 я не нашёл, поэтому нагло позаимствуем схему из руководства по ремонту другого аппарата – TELWIN Tecnica 144-164. Фотографии аппарата и его начинки будут от TELWIN Force 165, так как именно он оказался в моём распоряжении. Исходя из анализа схемотехники и элементной базы, особых отличий между этими моделями практически нет, если не учитывать мелочи.

Внешний вид платы сварки TELWIN Force 165 с указанием расположения некоторых элементов схемы.

Внешний вид платы Telwin Force 165 с обозначением элементов схемы

Принципиальная схема сварочного аппарата инверторного типа TELWIN Tecnica 144-164 состоит из двух основных частей: силовой и управляющей.

Сначала разберёмся в схемотехнике силовой части. Вот схема. Картинка кликабельна (нажмите для увеличения – откроется в новом окне).

Схема силовой части сварочного аппарата Telwin Tecnica 144-164

Сетевой выпрямитель.

Как уже говорилось, сначала переменный ток электросети 220V выпрямляется мощным диодным мостом и фильтруется электролитическими конденсаторами. Это нужно для того, чтобы переменный ток электросети частотой 50 герц стал постоянным. Конденсаторы С21, С22 нужны для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, которые всегда присутствуют после диодного выпрямителя. Выпрямитель реализован по классической схеме диодный мост. Он выполнен на диодной сборке PD1.

Следует знать, что на конденсаторах фильтра напряжение будет больше в 1,41 раза, чем на выходе диодного моста. Таким образом, если после диодного моста мы получим 220V пульсирующего напряжения, то на конденсаторах будет уже 310V постоянного напряжения (220V * 1,41 = 310,2V). Обычно же рабочее напряжение ограничивается отметкой в 250V (напряжение в сети ведь может быть и завышенным). Тогда на выходе фильтра мы получим все 350V. Именно поэтому конденсаторы имеют рабочее напряжение 400V, с запасом.

На печатной плате сварочного аппарата TELWIN Force 165 элементы сетевого выпрямителя занимают довольно большую площадь (см. фото выше). Выпрямительный диодный мост установлен на охлаждающий радиатор. Через диодную сборку протекают большие токи и диоды, естественно, нагреваются. Для защиты диодного моста на радиаторе установлен термопредохранитель, который размыкается при превышении температуры радиатора выше 90С°. Это элемент защиты.

В выпрямителе применяются диодные сборки (диодный мост) типа GBPC3508 или аналогичный. Сборка GBPC3508 рассчитана на прямой ток (I) — 35А, обратное напряжение (VR) — 800V.

Термопредохранитель на радиаторе диодной сборки

После диодного моста установлены два электролитических конденсатора (здоровенькие бочонки) ёмкостью 680 микрофарад каждый и рабочим напряжением 400V. Ёмкость конденсаторов зависит от модели аппарата. В модели TELWIN Tecnica 144 – 470 мкф., а в TELWIN Tecnica 164 – 680 мкф. Постоянное напряжение с выпрямителя и фильтра подаётся на инвертор.

Читайте так же:
Bta212 600b схема включения
Помеховый фильтр.

Для того чтобы высокочастотные помехи, которые возникают из-за работы мощного инвертора, не попадали в электросеть, перед выпрямителем устанавливается фильтр ЭМС – электромагнитной совместимости. На английский манер аббревиатура ЭМС обозначается как EMC (ElectroMagnetic Compatibility). Если взглянуть на схему, то фильтр EMC состоит из элементов С1, C8, C15 и дросселя на кольцевом магнитопроводе T4.

Фильтр ЭМС

Инвертор.

Схема инвертора собрана по схеме так называемого "косого моста". В нём используется два мощных ключевых транзистора. В сварочном инверторе ключевыми транзисторами могут быть как IGBT-транзисторы, так и MOSFET. Например, в моделях Telwin Tecnica 141-161 и 144-164 используются IGBT-транзисторы (HGTG20N60A4, HGTG30N60A4), а в модели Telwin Force 165 применены высоковольтные MOSFET-транзисторы (FCA47N60F). Оба ключевых транзистора устанавливаются на радиатор для отвода тепла. Фото одного из двух транзисторов MOSFET типа FCA47N60F на плате TELWIN Force 165.

Полевой MOSFET транзистор на плате инвертора

Снова взглянем на принципиальную схему и найдём на ней элементы инвертора.

Постоянное напряжение коммутируется транзисторами Q5 и Q8 через обмотку импульсного трансформатора T3 с частотой гораздо большей, чем частота электросети. Частота переключений может составлять несколько десятков килогерц! По сути, создаётся переменный ток, как и в электросети, но только он имеет частоту в несколько десятков килогерц и прямоугольную форму.

Для защиты транзисторов от опасных выбросов напряжения используются демпфирующие RC-цепи R46C25, R63C30.

Для понижения напряжения используется высокочастотный трансформатор T3. С помощью транзисторов Q5, Q8 через первичную обмотку трансформатора T3 (обмотка 1-2) коммутируется напряжение, которое поступает от сетевого выпрямителя (DC+, DC-). Это то самое постоянное напряжение в 310 – 350V, которое было получено на первом этапе преобразования.

За счёт коммутирующих транзисторов постоянное напряжение преобразуется в переменное. Как известно, трансформаторы постоянный ток не преобразуют. Со вторичной обмотки трансформатора T3 (обмотка 5-6) снимается уже намного меньшее напряжение (около 60-70 вольт), но максимальный ток может достигать 120 – 130 ампер! В этом и заключается основная роль трансформатора T3. Через первичную обмотку течёт небольшой ток, но большого напряжения. Со вторичной обмотки уже снимается малое напряжение, но большой ток.

Размеры этого самого трансформатора невелики.

Импульсный понижающий трансформатор

Его вторичная обмотка выполнена несколькими витками ленточного медного провода в изоляции. Сечение провода внушительное, да и не мудрено, ток в обмотке может достигать 130 ампер!

Далее со вторичной обмотки импульсного трансформатора переменный ток высокой частоты выпрямляется мощными диодными выпрямителями. С выхода выпрямителя (OUT+, OUT-) снимается электрический ток с нужными параметрами. Это и необходимо для проведения сварочных работ.

Выходной выпрямитель.

Выходной выпрямитель собран на базе мощных сдвоенных диодов с общим катодом (D32, D33, D34). Эти диоды обладают высоким быстродействием, т. е. они могут быстро открываться и также быстро закрываться. Время восстановления trr < 50 ns (50 наносекунд).

Это свойство очень важно, поскольку они выпрямляют переменный ток высокой частоты (десятки килогерц). Обычные выпрямительные диоды с такой задачей бы не справились – они бы просто не успевали открываться и закрываться, нагревались и выходили бы из строя. Поэтому в случае ремонта заменять диоды в выходном выпрямителе следует именно быстродействующими.

В выпрямителе используются сдвоенные диоды марок STTH6003CW, FFH30US30DN, VS-60CPH03 (с ними мы ещё встретимся ). Все эти диоды являются аналогами, рассчитаны на прямой ток 30 ампер на один диод (60 ампер на оба) и обратное напряжение 300 вольт. Устанавливаются на радиатор.

Диоды выходного выпрямителя

Для защиты диодов выпрямителя используется демпфирующая RC-цепочка R60C32 (см. схему силовой части).

Схема запуска и реализация «мягкого пуска».

Для питания микросхем и элементов, которые расположены на плате управления, используется интегральный стабилизатор на 15 вольт – LM7815A. Он установлен на радиатор. Напряжение питания на стабилизатор поступает с основного выпрямителя PD1 через два последовательно включенных резистора R18, R35 (6,8 кОм 5W). Эти резисторы понижают напряжение и участвуют при запуске схемы.

Интегральный стабилизатор LM7815

Напряжение +15 со стабилизатора U3 (LM7815A) поступает на управляющую схему. Далее, когда схема управления и драйвер «раскачали» мощную схему инвертора, то на дополнительной вторичной обмотке трансформатора T3 (обмотка 3-4) появляется напряжение, которое выпрямляется диодом D11.

Через диод D9 напряжение питания поступает на интегральный стабилизатор LM7815A и теперь схема «запитывает» как бы сама себя. Вот такой вот хитрый «приём».

Выпрямленное напряжение после диода D11 также служит для питания реле RL1, охлаждающего вентилятора V1 и индикаторного светодиода D10 (Verde – "Зелёный"). Резисторы R40, R41, R65, R37 гасят излишки напряжения. Для стабилизации напряжения питания вентилятора V1 (12V) применяется 5-ти ваттный стабилитрон D36 на 12V.

Реле RL1 обеспечивает плавный запуск инвертора («мягкий пуск»). Разберёмся с этим подробнее.

В момент включения сварочного аппарата начинается заряд электролитических конденсаторов. В самом начале зарядный ток очень велик и может вызвать перегрев и выход из строя диодов выпрямителя. Чтобы уберечь диодную сборку от повреждения зарядным током применяется схема ограничения заряда (или «мягкого пуска»). Взглянем на схему.

Основным элементом схемы «мягкого пуска» служит резистор R4, мощность которого 8W (8 ватт). Сопротивление резистора – 47 ом. Именно на него возложена роль ограничения зарядного тока в первые моменты после включения.

После того, как заряд конденсаторов закончился, а инвертор начал работу в штатном режиме, электромагнитного реле RL1 замыкает контакты. Контакты реле шунтируют резистор R4, и в дальнейшем он не участвует в работе схемы, так как весь ток проходит через контакты реле. Таким образом реализован плавный запуск.

На плате инвертора TELWIN Force 165 также можно найти элементы схемы «мягкого пуска». В качестве реле RL1 выступает электромагнитное реле модели Finder на рабочее напряжение 24V (параметры контактов реле – 16A 250V

Элементы схемы мягкого запуска

Итак, мы узнали о том, что сварочный инвертор состоит из сетевого выпрямителя 220V, мощного инвертора на транзисторах, понижающего трансформатора и выходного выпрямителя. Это силовые части схемы. Через них протекают огромные токи. Но где же «мозги» этого устройства? Кто управляет работой инвертора?

Принцип работы сварочного аппарата

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.

сварные работы

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.

Читайте так же:
Как подключить приставку для цифрового телевидения

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.

процесс сварки

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.

трансформатор для сварки

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.

инвертор сварочный

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.

полуавтомат сварочный

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.

Как устроен инверторный сварочный аппарат

Все чаще для сварки стали использовать не трансформаторные сварочные аппараты, а инверторные. Они не просаживают сеть, ими легче варить. Это обусловлено тем, что устройство сварочного инвертора значительно отличается от трансформаторного сварочного аппарата.

Чем сварочный инвертор лучше трансформатора

Начнем с того, что такое инверторный сварочный аппарат. Это устройство для ручной или полуавтоматической сварки, работающее от сетевого напряжения. Есть аппараты, которые подключают к сети 220 В, есть на 380 В. Вне зависимости от количества фаз, сварочный ток (который идет на электрод) постоянный. Так что варить инверторным сварочным аппаратом легче — дуга стабильна и не скачет. Кроме того, есть такие опции как «антизалипание» и защита от перегрева. Но это не все его плюсы.

Сварочный инверторный аппарат намного меньше и легче трансформаторного. Это важно, особенно, если надо таскать его по участку. Еще одно преимущество — он не «садит» сеть, не «дает» скачков напряжения.

В чем же дело, чем отличается инверторный аппарат от трансформаторного? Весь секрет в тройном преобразовании напряжения. Сначала переменное напряжение преобразуют в постоянное, а затем снова в переменное, но уже очень высокой частоты. Его затем на вторичном выпрямителе снова преобразуют в постоянный ток. Он и используется при сварке. Это и есть вкратце принцип работы сварочного инвертора.

Благодаря современной схемотехнике, качественные сварочные инверторы обладают высокой надежностью.

Как работает инверторный сварочный аппарат: блок-схема

Принципиальные схемы инверторных сварочников разных фирм отличаются, как отличается и элементная база. Но состоят все они из тех же блоков, так как принцип работы у всех одинаковый.

В первичном НЧ (низкочастотном) выпрямителе сетевое напряжение преобразуется в постоянное, которое подается на вход инвертора. Инвертор преобразует постоянное напряжение частотой 50 Гц в переменное напряжение высокой частоты (десятки кГц). Высокочастотный трансформатор понижает напряжение и увеличивает ток, который может превышать 250 А. Именно сила тока нужна при сварке. Вторичный выпрямитель преобразует переменное напряжение в постоянное, а дроссель завершает преобразование и на электрод уходит постоянный ток.

Основные узлы сварочного инвертора

Блок-схема сварочного инверторного аппарата

Это общий принцип работы инверторного сварочного инвертора. Как видите, он называется так потому что инвертор — ключевой элемент схемы.

Инвертор — это устройство для преобразования постоянного тока в переменный с изменением величины напряжения. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде, или дискретного сигнала.

Большая часть инверторных сварочных аппаратов имеет еще контроллеры и устройства поддержания заданных параметров. Выполнены они обычно на базе процессоров, хотя есть и электромеханические модели.

Для чего нужны все эти преобразования и почему инверторный сварочный аппарат такой маленький и легкий

Для чего столько ступеней преобразования? Для того чтобы получить на выходе ток в сотни ампер и не перегрузить при этом электрическую сеть. Вторая задача — получить постоянный ток, так как варить на «постоянке» проще. Дуга стабильна, ее проще контролировать.

Читайте так же:
Заточить ножовку по дереву своими руками

В простейших трансформаторных сварочных аппаратах выпрямление происходило на трансформаторе и, после некоторой стабилизации (несколько конденсаторов), сразу шло на электрод. Для преобразования сетевого напряжения частотой 50 Гц трансформатор требуется большой по размеру, так как диаметр проволоки должен быть большим. И это определяло размеры самого аппарата и его вес.

Как работает сварочный инвертор

Принцип работы сварочного инвертора: ступени преобразования напряжения и тока

В инверторах путем преобразований частоту увеличивают до нескольких десятков килогерц (может быть 50-80 кГц) и уже после этого преобразуют в постоянное. Высокочастотное переменное напряжение преобразуется в постоянное на трансформаторе малого размера. Он в разы меньше и легче. Именно поэтому инверторные сварочники такие компактные и легкие. Но так как ступеней преобразования много, требуется контроль и согласование работы всех блоков. Поэтому инверторные сварочные аппараты при малых размерах и весе стоят больше. Хоть, вроде, налицо экономия материалов. А дело в том, что есть еще контролеры, которые стоят немало.

Устройство сварочного инвертора: описание работы и назначение блоков на базе схемы РЕСАНТА САИ 140

У каждого производителя принципиальные схемы инверторных сварочных аппаратов разные. Мало того, даже разные линейки одного и того же производителя могут существенно отличаться. Но устройство сварочного инвертора имеет общие черты. Блоки те же. Просто собраны смогут быть по-разному. Это входной выпрямитель на базе мощного диодного моста и сглаживающих конденсаторов, инвертор — на ключевых транзисторах (тип IGBT или MOSFET) и выходной выпрямитель на базе высокочастотного понижающего трансформатора и диодного моста с выходным конденсаторным фильтром.

Схема сварочного инвертора РЕСАНТА САИ 140

Принципиальная схема инверторного сварочного аппарата РЕСАНТА САИ 140

Далее рассмотрим, как работает сварочный аппарат, основываясь на схеме инверторного сварочного аппарата РЕСАНТА САИ 140. Он не лучше и не хуже остальных, просто есть его схемы.

Первичный выпрямитель и конденсаторный фильтр

Задача первичного выпрямителя — преобразовать синусоиду частотой в 50 Гц в постоянный ток. В реалии он получается не совсем постоянным, а с некоторой пульсацией, но это уже явно не синусоида. Реализуется это обычным диодным мостом, который «переворачивает» нижнюю полуволну синусоиды.

Входной выпрямитель в аппарате Ресанта САИ 140

Как работает сварочный инвертор: первая ступень преобразования напряжения в Ресанта САИ 140

Сетевое напряжение через входную стабилизирующую группу попадает на конденсаторы С1 и С2. Основная задача — снятие статического напряжения на землю. Именно поэтому включать инверторную сварку крайне желательно в розетку с действующим заземлением, а не просто с имеющимся контактом.

Далее, диодный мост «переворачивает» нижнюю полуволну. На его выходе получается пульсирующее напряжение. Для сглаживания пульсаций ставят конденсаторы (в приведенной схеме это конденсатор С8 ёмкостью 1 микрофарад на напряжение 400 В ). На их выходе напряжение уже постоянное. Конденсаторы стоят с солидным запасом по напряжению — 400 Вольт и выше, так как на выходе диодного моста напряжение уже больше чем сетевое — порядка 320-350 В. А если учесть еще возможные скачки… вот и ставят с запасом — на 400 В.

И конденсаторы, и диоды при работе сильно греются. Для лучшего отвода тепла их монтируют на алюминиевые радиаторы. Часто еще делают дополнительный обдув — ставят вентилятор. Если вы хотите, чтобы сварочный аппарат прослужил долго, следите за тем, чтобы кулер был в рабочем состоянии.

Инвертор

Блок инвертора преобразует постоянное выпрямленное напряжение низкой частоты в переменное напряжение высокой частоты. Реализуется обычно на ключевых транзисторах, которые открываются и закрываются с большой частотой. Именно они формируют переменное напряжение с частотой в десятки килогерц. Управляет их переключением контроллер.

Блок инвертора сварочного аппарата - один из вариантов (схемотехника)

Силовые транзисторы G30N60, при помощи которых преобразуется постоянный ток в высокочастотный переменный

На выходе инвертора получаем не синусоиду, а практически прямоугольные импульсы. Но для дальнейшего выпрямления это не проблема. Зато частота высокая, что значит, что вторичный выпрямитель можно сделать на небольшом по размеру трансформаторе.

Выпрямление и стабилизация

Полученное высокочастотное напряжение подается на высокочастотный трансформатор. Напряжение на нем понижается, ток увеличивается. Через его первичную обмотку протекает высокое напряжение небольшой силы тока, а со вторичной снимается более низкое напряжение, но сила тока уже порядка 150-220 ампер — в зависимости от мощности и класса аппарата.

Как работает сварочный инвертор

Выходное преобразование напряжения перед подачей на электрод

Для получения постоянного напряжения на выходе трансформатора стоит диодный мост. Он выдает уже практически постоянное напряжение, которое «доглаживается» выходными конденсаторами и идет на сварочный электрод. Диоды на выходном мосту стоят особые — с высокой скоростью срабатывания (не более 40-55 наносекунд). Они должны сглаживать напряжение частотой в десятки килогерц, так что скорость срабатывания должна быть очень высокой. Если в процессе ремонта возникла необходимость их замены, то надо подбирать именно с высоким быстродействием. Иначе работать аппарат не будет.

STTH6003CW — диод быстродействующий 300В, 30А, 55нс.

Остальные блоки на схеме — это как раз управление, «дополнительные опции» типа защит от перегрева и залипания электрода.

На что обратить внимание при выборе сварочного инвертора

Речь пойдет не о характеристиках, а о выборе марок и производителей. Ситуация на рынке со сварочными инверторами не лучше и не хуже, чем с остальными инструментами или бытовой техникой. Очень много товара из Поднебесной. Ценовая категория — от самого дешевого, до среднего. Есть также российские аппараты, украинские и белорусские. Они, в основном, в среднем ценовом диапазоне, хотя есть и более дорогие линейки. «Европейцев» в последние годы очень мало и цена далеко не «средняя».

Выбор сварочного инвертора - это не столько выбор параметров, сколько производителей

Как работает сварочный инвертор — это одно. Надо еще, чтобы он был ремонтопригодным. Схемотехника может существенно различаться

Так что же выбрать? Оптимально — нормальный Китай и аппараты производства стран СНГ. И будьте осторожны. Очень много дешевых китайских подделок, которые имитируют российские, украинские или белорусские марки или даже «нормальный» товар из Поднебесной. В «фирменных» приборах заявленные параметры соответствуют реальным. И, если вы выставили ток, скажем, 130 ампер, на выходе вы получите именно 130 ампер плюс-минус пару процентов. В дешевых же поделках приходится потом «опытным» путем переписывать цифры на регуляторах. Потому что при положении регулятора 150 А, но на выходе может быть всего 90 А. В лучшем случае — 110-120 А, что явно не радует.

Читайте так же:
Как склеить стекло с металлом

Ремонт и сервис

Второй момент, на который надо обратить внимание при выборе сварочного инверторного аппарата — его ремонтопригодность и доступность элементной базы. Производители разделились на два лагеря. У одних компоненты для ремонта стоят недорого, легкодоступны. Следовательно, ремонт быстрый, без особых проблем и недорого. Вторая группа производителей исходит из того, что нечего ремонтировать — покупайте новый аппарат. Элементная база подбирается особая, просто так ее не найти, приходится заказывать. Поставляет ее тот же производитель по очень высоким ценам. Так что действительно, часто получается дешевле купить новый аппарат, чем ремонтировать вышедший из строя.

Характеристики сварочного инвертора МС-160МЕ

Важно чтобы заявленные характеристики совпадали с реальными

Как ни странно, сварочные инверторы «второй группы» обычно работают нормально и довольно долго. Так что отзывы о работе обычно положительные. Но вот ремонт… Это проблема.

Ну, и следует обратить внимание на наличие сервисных центров в вашем регионе. И на то, на какой срок дают гарантию. Не только производители, но и сервисники. Может получиться так, что гарантия на аппарат солидная — несколько лет. А на ремонтные работы — всего месяц-два-три. Скажем, вам не повезло, ваш сварочник сломался очень быстро. Отвезли в мастерскую, они отремонтировали, а на отремонтированный аппарат дают гарантию два месяца. И все. Дальше «за свои деньги».

Сварочные аппараты инверторного типа

Сварочные аппараты инверторного типаОгромный интерес и возросший за последнее десятилетие пик популярности к новым конструкциям сварочных аппаратов, работающих по принципу инверторов, обусловлен следующими основными причинами:

повышенным качеством шва;

доступностью выполнения операций даже начинающими сварщиками благодаря включению комплекса функций горячего старта, антизалипания электрода и форсажа дуги;

минимизацией конструкции сварочного оборудования, обеспечивающей его мобильность;

значительной экономией электроэнергии по сравнению с трансформаторными аналогами.

Эти достоинства стали возможны благодаря изменению подхода к технологии создания сварочной дуги на электроде за счет внедрения последних достижений микропроцессорной техники.

Как устроены сварочные инверторы

Для их питания используется электроэнергия 220 V 50 Hz, которая поступает из обычной электрической розетки. (Аппараты, работающие от трехфазной сети, используют схожие алгоритмы.) Единственное ограничение, на которое необходимо обратить внимание — это потребляемая мощность аппарата. Она не должна превышать номинал защитных устройств сети и токопроводящие свойства электропроводки.

Последовательность пяти технологических циклов, используемых для создания сварочной дуги инвертором, показана на картинке.

Алгоритм работы сварочного инвертора

В них входят процессы, выполняемые:

конденсаторным сетевым фильтром;

понижающим трансформатором напряжения высокой частоты;

Все эти устройства размещаются на плате внутри корпуса. При снятом кожухе они имеют примерно такой вид, который показан на картинке.

Вариант компоновки деталей сварочного инвертора

Блок выпрямления сетевого напряжения

На него через ручной выключатель, расположенный на корпусе, подается переменное напряжение стационарной электрической сети. Оно преобразуется диодным мостом в пульсирующую величину. Через полупроводниковые элементы этого блока проходит вся энергия сварочной дуги. Поэтому они подбираются с необходимым запасом по напряжению и току.

Для улучшения теплосъема диодная сборка, подвергаемая при работе серьезному нагреву, смонтирована на охлаждающих радиаторах, которые дополнительно обдуваются приточным воздухом от вентилятора.

Нагрев диодного моста контролируется датчиком температуры, настроенным в режим термопредохранителя. Он, как элемент защиты, при разогреве диодов до +90 о С, размыкает цепь питания.

Конденсаторный сетевой фильтр

Параллельно выходным контактом выпрямителя, создающего пульсирующее напряжение, подключаются два мощных электролитических конденсатора для совместной работы. Они сглаживают колебания пульсаций и выбираются всегда с запасом по напряжению. Ведь даже в обычном режиме на фильтре оно увеличено в 1,41 раза и достигает 220 х 1,41=310 вольт.

По этой причине конденсаторы подбираются по рабочему напряжению не менее 400 V. Их емкость рассчитывают для каждой конструкции по мощности максимального сварочного тока. Обычно она составляет от 470 микрофарад и более для одного конденсатора.

Работающий сварочный инвертор преобразовывает достаточно большую электрическую мощность, вызывая электромагнитные шумы. Этим он создает помехи остальному подключенному к сети электрооборудованию. Для их исключения на входе выпрямительного устройства устанавливают индуктивно-емкостной фильтр.

Его назначение заключается в сглаживании высокочастотных помех, поступающих из работающей схемы в сеть питания других электрических потребителей.

Преобразование постоянного напряжения в высокочастотное может выполняться по разным принципам.

В сварочных инверторах наиболее распространены две разновидности схемы, работающие по принципу «косого моста»:

двухтактный полумостовой импульсный преобразователь;

полный мостовой импульсный преобразователь.

Вариант исполнения первой схемы показан на картинке.

Принципиальная схема двухтактного полумостового импульсного преобразователя

Здесь применены два мощных транзисторных ключа. Они могут быть собраны на полупроводниковых устройствах серий MOSFET либо IGBT.

Каскадированные полевые транзисторы MOSFET отлично работают в низковольтных инверторах, а также хорошо справляются с нагрузками сварочных устройств. Для ускоренной зарядки/разрядки большой емкости им нужен двухтактный драйвер с управлением противофазными сигналами для быстрого заряда конденсаторов одним транзистором и закорачивания затвора на массу для разряда — другим.

Все большую популярность в преобразователях для сварки завоевывают биполярные транзисторы IGBT. Они легко передают большие мощности высокого напряжения, но для управления требуют более сложные алгоритмы.

Схема двухтактного полумостового импульсного преобразователя встречается в конструкциях инверторов для сварки со средней ценовой категорией. Она обладает хорошим кпд, надежна, формирует трансформаторные импульсы прямоугольной формы с высокой частотой в несколько десятков кГц.

Схема полного мостового импульсного преобразователя более сложная, включает два дополнительных транзистора.

Принципиальная схема полного мостового импульсного преобразователя

Она максимально использует все возможности высокочастотного трансформатора с транзисторными ключами, попарно работающими в режиме двух объединенных косых мостов.

Эта схема применяется в самых мощных и дорогих инверторах для сварки.

Все ключевые транзисторы устанавливают на мощные радиаторы для отвода тепла. Кроме того, их дополнительно защищают от возможных всплесков напряжения демпфирующими RC-фильтрами.

Это специальная трансформаторная конструкция, как правило, на ферритовом магнитопроводе, которая понижает с минимальными потерями напряжение высокой частоты после инвертора до значения устойчивого зажигания дуги порядка 60 — 70 вольт.

В его вторичной обмотке протекают большие сварочные токи до нескольких сотен ампер. Таким образом, при трансформации в/ч энергии с относительно небольшим значением тока и высоким напряжением во вторичной обмотке формируются токи для сварки с уже пониженным напряжением.

За счет использования высокой частоты и перехода на ферритовый магнитопровод значительно снижается вес и габариты самого трансформатора, уменьшаются потери мощности на перемагничивание железа, повышается кпд.

Например, сварочный трансформатор старой конструкции с железным магнитопроводом, обеспечивающий ток сварки 160 ампер, имеет вес около 18 кг, а высокочастотный (с такими же электрическими характеристиками) — чуть меньше 0,3 кг.

Читайте так же:
Кольцевые уплотнения круглого сечения

Преимущества в весе аппарата, а, следовательно, и условиях эксплуатации очевидны.

Силовой выходной выпрямитель

Его основу составляет мост, собранный из специальных мощных диодов с очень высоким быстродействием, способных реагировать на высокочастотный ток — открываться и закрываться со временем восстановления порядка 50 наносекунд.

Обычные диоды с такой задачей не справляются. Длительность их переходного процесса соответствует примерно половине периода синусоидальной гармоники тока или около 0,01 секунды. Поэтому они быстро нагреваются и перегорают.

Силовой диодный мост, как и транзисторы в/ч трансформатора, для отвода тепла размещается на радиаторах и снабжается защитой из демпфирующей RC -цепочки от бросков напряжения.

Выходные клеммы выпрямителя делают толстыми медными наконечниками для надежного подключения сварочных проводников к цепи электрода.

Особенности схемы управления

Все операции сварочного инвертора управляются процессором и контролируются им через обратные связи с помощью различных датчиков. Это обеспечивает практически идеальные параметры сварочного тока для соединения всевозможных металлов.

За счет точно дозированных нагрузок значительно сокращаются потери электроэнергии при сварке.

Для работы схемы управления подается постоянное стабилизированное напряжение от блока питания, который внутри схемно подключен к входным цепям 220 V. Это напряжение направляется на:

вентилятор охлаждения радиаторов и плат;

реле плавного запуска;

питание микропроцессора и операционного усилителя.

Функция реле плавного пуска инвертора понятна из названия. Оно работает по следующему принципу: в момент включения инвертора очень резко начинают заряжаться электролитические конденсаторы сетевого фильтра. Их ток заряда очень большой и он может повредить диоды выпрямителя.

Чтобы этого не произошло, заряд ограничивают мощным резистором, который своим активным сопротивлением снижает начальный бросок тока. Когда конденсаторы зарядятся, а инвертор начнет работать в расчетном режиме, реле плавного пуска срабатывает и своими нормально открытыми контактами шунтирует этот резистор, выводя его таким образом из цепей стабилизации.

Практически вся логика работы инвертора заключена внутри микропроцессорного контроллера. Он управляет работой мощных транзисторов преобразователя.

Защита силовых транзисторов от перенапряжений на затворе и эмиттере основана на применении стабилитронов.

В схему обмотки высокочастотного трансформатора подключен датчик — трансформатор тока, который своими вторичными цепями направляет пропорциональный по величине и углу сигнал для обработки логикой. Таким способом контролируется сила сварочных токов для осуществления влияния на них при запуске и работе инвертора.

Для контроля величины приходящего напряжения на входе сетевого выпрямителя аппарата подключается микросхема операционного усилителя. Она постоянно анализирует сигналы от защит по напряжению и току, определяя момент возникновения аварии, при которой необходимо заблокировать работающий генератор и отключить инвертор от сети питания.

Предельные отклонения напряжения питающей сети контролируются компаратором. Он срабатывает при достижении критических значений электроэнергии. Его сигнал последовательно обрабатывается логическими элементами для отключения генератора и самого инвертора.

Для выставления вручную силы тока сварочной дуги используется регулировочный потенциометр, ручка которого выведена на корпус прибора. Изменение его сопротивления позволяет использовать один из методов управления, влияя на:

амплитуду в/ч напряжения инвертора;

частоту высокочастотных импульсов;

Способы регулирования сварочного тока

Основные правила эксплуатации и причины поломок сварочных инверторов

Бережное отношение к сложной электронной технике всегда является залогом ее длительной и надежной эксплуатации. Но, к сожалению не все пользователи это положение применяют на практике.

Сварочные инверторы работают в производственных цехах, на стройках или используются домашними мастерами в личных гаражах либо на дачах.

В производственных условиях чаще всего инверторы страдают от пыли, которая собирается внутри корпуса. Ее источниками могут быть любые инструменты или станки обрабатывающие металлы, бетон, граниты, кирпич. Особенно часто это проявляется при работе «болгарками», штроборезами, перфораторами…

Следующей причиной поломки, происходящей при сварке, является создание неопытным сварщиком нерасчетных нагрузок на электронную схему. К примеру, если попытаться маломощным сварочным инвертором разрезать лобовую броню башни танка или железнодорожный рельс, то исход такой работы однозначно предсказуем: перегорание электронных компонентов IGBT или MOSFET.

Внутри схемы управления работает тепловое реле для защиты от постепенно возрастающих тепловых нагрузок, но оно не успеет среагировать на такие быстрые превышения сварочных токов.

Каждый сварочный инвертор характеризуется параметром «ПВ» — продолжительностью включения по отношению к длительности паузы остановки, который указывается в техническом паспорте. Пренебрежение этими рекомендациями завода приводит к неизбежным поломкам.

Неаккуратное отношение к аппарату может выразиться в его плохой транспортировке или перевозке, когда на корпус воздействуют посторонние механические удары или вибрации рамы движущегося автомобиля.

Среди наемных работников наблюдаются случаи эксплуатации инверторов при явных признаках неисправностей, требующих немедленного устранения, например, ослабление контактов, фиксирующих сварочные кабели в гнездах корпуса. Да и передача дорогостоящего оборудования неквалифицированному и плохо обученному персоналу тоже обычно приводит к поломкам.

В быту часто возникают снижения напряжения питающей сети, особенно в гаражных кооперативах, а сварщик не обращает на это внимания и старается быстрее сделать свою работу, «выжимая» из инвертора все, на что тот способен и неспособен…

Зимнее хранение дорогостоящего электронного оборудования в плохо отапливаемом гараже либо вообще в сарае приводит к осаждению конденсата из воздуха на платах, окислению контактов, повреждению дорожек и другим внутренним поломкам. Точно так же эти аппараты страдают от работы при низких температурах менее -15 градусов или атмосферных осадках.

Передача инвертора соседу для выполнения им сварочных работ не всегда оканчивается благоприятным исходом.

Однако, общая статистика ремонтных мастерских показывает, что у частных владельцев сварочное оборудование работает дольше и качественнее.

Сварочные инверторы старых выпусков уступают по надежности трансформаторам для сварки. А современные их разработки, особенно на IGBT-модулях, уже обладают сопоставимыми параметрами.

В процессе сварки внутри корпуса выделяется большое количество тепла. Используемая система для его отвода и охлаждения плат и электронных элементов у моделей даже среднего ценового диапазона не обладает высокой эффективностью. Поэтому при работе необходимо соблюдать перерывы для снижения температуры внутренних деталей и устройств.

Как и все электронные схемы, инверторные аппараты теряют работоспособность при повышенной влажности и появлении конденсата.

Несмотря на включение в конструкцию шумоподавляющих фильтров, в питающую электрическую схему проникают довольно значительные высокочастотные помехи. Технические решения, устраняющие такую проблему, значительно усложняют устройство, что ведет к резкому увеличению стоимости всего оборудования.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector