Сварочный инвертор принцип работы схема: Принцип работы сварочного инвертора: устройство и характеристики

Схема сварочного инвертора

До недавних пор все сварочные работы выполнялись при помощи мощных понижающих трансформаторов. Во многих случаях эти устройства были неудобными, в основном из-за сложностей с их перемещением и высокой энергоемкости. Ситуация коренным образом изменилась, когда появилась схема сварочного инвертора, созданная на основе современных технологий. Получились небольшие легкие устройства с широким набором функций. Вся их работа осуществляется благодаря наличию в конструкции импульсного преобразователя, способного производить высокочастотные токи. Именно они обеспечивают быстрое зажигание сварочной дуги, поддерживают ее стабильное состояние в течение всего периода работы.

Содержание

Отличительные черты инверторов

Любое инверторное устройство по своей сути является блоком питания, внутри которого происходят физические процессы преобразования электроэнергии.

В сварочных инверторных устройствах они протекают по следующей схеме:

  • На начальном этапе выполняется преобразование входного переменного напряжения (220 В, 50 Гц) в постоянный ток.
  • На втором этапе осуществляется обратное превращение тока с постоянной синусоидой в переменный ток с высокой частотой.
  • Затем созданное напряжение понижается, осуществляется окончательное выпрямление тока с сохранением требуемых высокочастотных показателей. Этот порядок нужно знать, если требуется собрать сварочный инвертор своими руками.

Именно такой порядок действий дал возможность для снижения размеров и веса инверторных устройств. Старая сварочная аппаратура функционировала совсем по другому принципу. Здесь снижение напряжения на первичной обмотке, приводило к росту силы тока во вторичной трансформаторной обмотке. Полученная таким образом сила тока огромного значения, позволила применить дуговой способ сваривания. Поэтому, на вторичной обмотке пришлось снизить количество витков, но увеличить одновременно размеры сечения проводника. Подобная схема делала конструкцию очень громоздкой и тяжелой.

Электрическая схема сварочного инвертора дала реальный шанс повысить частотные показатели рабочего тока до 60, а в некоторых моделях и до 80 кГц без увеличения массы и размеров. В схеме были использованы полевые транзисторы, взаимодействующие между собой на таких же высоких частотах. Они соединяются с трансформаторной катушкой и передают на нее ток с заданной частотой. Поскольку самой катушке не требуется повышать частоту, за счет этого она сохраняет свои миниатюрные размеры. Выходные данные получаются, как и у обычной сварки, но габариты и масса инверторного устройства существенно отличаются в сторону уменьшения.

Взаимодействие основных узлов и деталей инвертора

На входе устройства обязательно нужен постоянный сигнал. Он получается с помощью сетевого выпрямителя, превращающего напряжение 220 вольт в постоянный ток. Основой конструкции этого модуля служит стандартный диодный мост и конденсаторы, сглаживающие пульсации после выпрямления.

Под действием высоких токов даже простейший диодный мост сильно нагревается и требует постоянного охлаждения в процессе работы. Во многих моделях установлен специальный радиатор и термический предохранитель, выполняющий отключение при нагреве моста до 90 градусов.

При подключении сварки к сети происходит сильное увеличение зарядного тока конденсаторов. Возникает реальная опасность пробоя компонентов диодного моста. Защититься от этого помогает схема плавного пуска, снижающая уровень тока при включении. После выхода аппарата в нужный режим, эта схема отключается с помощью реле коммутации.

Пройдя через выпрямительный модуль, напряжение, увеличенное до 310 В, попадает на участок импульсного преобразователя с ключами – транзисторами. Данные компоненты превращают подводимое напряжение в импульсные сигналы прямоугольной формы, частотой 60-80 кГц. Ключевым транзистора во время работы также требуются радиаторы охлаждения.

Наиболее важные функции в схеме инвертора принадлежат понижающему трансформатору. Он отличается компактными размерами и незначительным весом. Кроме того, в нем дополнительно предусмотрена выходная обмотка, обеспечивающая питание схемы управления. В приемную обмотку поступают прямоугольные импульсы на 310 В и частотой 60-80 кГц. Одновременно с этим, напряжение во вторичной обмотке за счет малого количества витков понижается до 60-70 вольт, а выходной ток увеличивается до 110-130 А и окончательно выпрямляется.

С этой целью сигнал от трансформатора поступает к выходному выпрямителю. Именно здесь появляется постоянный ток, под действием которого возникает сварочная дуга. В схеме используются сдвоенные диоды, имеющие высокое быстродействие и определяющие максимальное потребление тока всего инвертора. Данные элементы также охлаждаются с помощью радиаторов.

Принципиальная схема сварочного инвертора

Одной из основных функций инверторных сварочных установок является возможность увеличения частоты тока с 50 Гц стандартного значения, до 60-80 кГц, требуемых для работы. Все регулировки на выходе устройства производятся уже с высокочастотными токами, с использованием компактных малогабаритных трансформаторов. Частота увеличивается на том участке инверторной схемы, где предусмотрено расположение контура на основе мощных силовых транзисторов. На эти транзисторы возможна подача исключительно постоянного тока, поэтому на входе и выполняется выпрямление переменного напряжения.

Принципиальная схема сварочного инвертора условно разделяется на две составляющие. Это зона силового участка и цепь со схемой управления. Основным компонентом силового участка выступает диодный мост, где выполняется превращение переменного тока в постоянный. Такое преобразование приводит к возникновению импульсов, требующих сглаживания.

Сглаживание или фильтрация этих импульсов производится электролитическими конденсаторами, установленными за диодным мостом. Следует помнить, что напряжение, выходящее из моста, приблизительно на 40% превышает его величину на входе. Из-за этого диоды выпрямителя подвергаются сильному нагреву, и их работоспособность может заметно снизиться. Защита от перегрева элементов выпрямителя осуществляется радиаторами, включенными в конструкцию. Непосредственно на диодном мосту установлен термический предохранитель, отключающий питание при нагреве свыше 80-90 градусов.

Работа преобразователя приводит к созданию высокочастотных помех, попадающих через вход в электрическую сеть. Во избежание подобных ситуаций, перед выпрямителем производится установка фильтра, обеспечивающего электромагнитную совместимость. Такой фильтр включает в себя дроссель и конденсаторы.

Сама электросхема инвертора, выполняющего преобразование постоянного тока в переменный со значительно увеличившейся частотой, включает в себя транзисторы, собранные по схеме так называемого косого моста. Они переключаются между собой с высокой частотой и формируют переменный ток с такой же частотой, в пределах десятков или даже сотен килогерц. Результатом таких преобразований является переменный ток высокой частоты с прямоугольной амплитудой.

На выходе инвертора требуется получить постоянный ток с показателями, достаточными для выполнения сварочных работ. Эта функция выполняется понижающим трансформатором, расположенным сразу же за транзисторной схемой. Окончательное получение постоянного тока на выходе производится выпрямителем высокой мощности, собранным на основе диодного моста.

Защитные компоненты и схема управления

В процессе работы сварочный инвертор постоянно подвергается потенциальной опасности из-за возможных сбоев в сети и самой системе. Исключить негативные факторы помогают защитные элементы, установленные на различных участках схемы.

Предотвратить перегрев и сгорание транзисторов во время преобразований токов возможно при помощи специальных демпфирующих цепей. Другие блоки и узлы, присутствующие в электрической схеме и работающие под большими нагрузками, защищены элементами принудительного охлаждения. К каждому из них подключены термодатчики, отключающие питание при температурах нагрева, превышающих критическую отметку. Внутри инверторной аппаратуры система охлаждения, состоящая из вентиляторов и радиаторов, занимает достаточно много места.

Каждая схема инвертора оборудуется ШИМ-контроллером, обеспечивающим управление всей электрической схемой. От него поступают сигналы к разделительному трансформатору, силовым диодам и транзисторам. Для эффективного управления всей системой самому контроллеру также требуется подача установленных электрических сигналов. Такие сигналы вырабатываются операционным усилителем, к которому на вход подается выходной ток, преобразованный в инверторе. Если его значение расходится с заданными показателями, усилитель выполняет формирование управляющего сигнала и далее передает его на контроллер. Такая схема позволяет своевременно отключить аппарат при возникновении критических ситуаций в электрической схеме.

Как устранить неисправности инвертора

В некоторых случаях нарушения правил эксплуатации могут привести к выходу из строя даже самых надежных компонентов схемы сварочного инвертора. Основными причинами являются сбои в системах охлаждения, эксплуатация устройств в условиях повышенной влажности или запыленности. Большое количество пыли, осевшей на радиаторе, создает препятствие движению воздуха и своевременному отводу тепла. Поэтому производители рекомендуют периодически чистить аппаратуру.

Поиск возможных неисправностей нужно начинать от простого к сложному, поскольку современные схемы оборудованы многоступенчатой защитой от коротких замыканий и перегревов. Следует внимательно изучить инструкцию, где подробно указаны особенности эксплуатации конкретного устройства.

Среди основных причин возможных неисправностей можно выделить следующие:

  • Напряжение в сети слишком высокое или низкое. Инвертор сохраняет свою работоспособность в пределах 170-250 вольт.
  • Использование сетевого провода слишком большой длины или с небольшим сечением. Минимальное сечение должно быть не ниже 2,5 мм2, а длина питающего кабеля – не более 30 м.
  • Длина стандартного сварочного кабеля не превышает 3 м, а сечение – 35-50 мм2. Нарушение этих параметров приводит к сбоям в работе.
  • Некачественные контактные соединения силового и питающего кабеля.

В случае обнаружения неисправности, рекомендуется не ремонтировать сварочный инвертор самостоятельно, особенно если схема слишком сложная. Лучше всего – пригласить специалиста для проведения окончательной диагностики на соответствующем оборудовании.

Плюсы и минусы сварочных инверторов
Основными преимуществами инверторных устройств являются следующие:
  • Использование современных технологий позволило снизить массу аппаратов до 5-12 кг, в зависимости от модели. Обычные сварочные агрегаты весят в среднем от 18 до 35 кг.
  • Высокий КПД инверторов – до 90%. Такой показатель достигается за счет снижения затрат на нагрев деталей и компонентов.
  • Низкое энергопотребление, примерно с 2 раза меньше, чем у обычных сварочных трансформаторов.
  • Универсальность и широкий диапазон регулировок позволяют работать с разными металлами, использовать разные технологии сварки.
  • Множество полезных дополнительных опций: плавный пуск, антизалипание, форсаж и другие.
  • Напряжение, подаваемое на дугу, отличается высокой стабильностью. С этой целью автоматика обеспечивает взаимодействие всех компонентов схемы, создавая наиболее оптимальные условия для работы.
  • Даже простой инвертор может работать с любыми типами электродов.
  • Возможность программирования и настройки некоторых моделей на определенный тип сварочных работ.
В качестве минусов отметим недостатки, не оказывающие влияния на качество работ:
  • Высокая стоимость инверторов, примерно на 20-50% превышающая цену обычной аппаратуры.
  • Транзисторы обладают повышенной уязвимостью, а их стоимость иногда составляет 60% от цены всего устройства.
  • Невозможность производить сварку инверторами в сложных условиях эксплуатации.
Принцип построения и работа инверторных сварочных аппаратов — Меандр — занимательная электроника
 Довольно часто для построения сварочного инвертора применяют основные три типа высокочастотных преобразователей, а именно преобразователи включенные по схемам: асимметричный или косой мост, полумост, а также полный мост. При этом резонансные преобразователи являются подвидами схем полумоста и полного моста. По системе управления данные устройства можно поделить на: ШИМ (широтно-импульсной модуляцией), ЧИМ (регулирование частоты), фазовое управления, а также могут существовать комбинации всех трех систем.
Все выше перечисленные преобразователи имеют свои плюсы и минусы. Разберемся с каждым в отдельности.
Особенности работы инвертора
Сварочный инверторный аппарат — это блок питания, который применяется сейчас в компьютерах. Электрическая энергия преобразовывается в инверторе следующим образом:
  • Напряжение переменное преобразуется в постоянное.
  • Ток постоянной синусоиды преобразовывается в переменный с высокой частотой.
  • Снижается значения напряжения.
  • Ток выпрямляется с сохранением требуемой частоты.
Данная схема сварочного инвертора позволяет снизить его массу и уменьшить габариты. Известно, что старые сварочные аппараты работают по принципу снижения величины напряжения и увеличения силы тока на вторичной обмотке трансформатора. Благодаря большой силе тока есть возможность сваривать металлы дуговым способом. Для увеличения силы тока и снижения напряжения на вторичной обмотке уменьшают число витков и при этом увеличивают сечение проводника. В итоге сварочный аппарат трансформаторного типа весит немало и имеет значительные размеры.
Для решения данной проблемы предложили схему сварочного инвертора. Принцип основывается на повышении частоты тока до 60 или всех 80 кГц. За счет этого снижается вес и уменьшаются габариты устройства. Для реализации задуманного потребовалось увеличение частоты в тысячи раз, что стало возможным благодаря полевым транзисторам. Между собой транзисторы обеспечивают сообщение с частотой примерно 60−80 кГц. На схему их питания идет постоянный ток, что обеспечивается выпрямителем, в качестве которого используют диодный мост. Выравнивание значения напряжения обеспечивается конденсаторами.
Переменный ток передается на понижающий трансформатор после прохождения через транзисторы. В качестве трансформатора при этом используется катушка, уменьшенная в сотни раз. Катушка используется, потому что частота тока, подающегося на трансформатор, уже увеличена в тысячу раз полевыми транзисторами. В итоге получаются аналогичные данные, как при работе трансформаторной сварки, но с большой разницей в габаритах и массе.
Изготовление сварочного инвертора из доступных деталей своими руками
Сварочные аппараты
 IGBT — руководство по покупке 
 Сварочные аппараты используются для плавления металлов и других материалов. Существует множество типов сварочных аппаратов и сварочных процессов. Сварочные аппараты  IGBT   являются новейшими в этой области. Они самые последние, существуют только с 1980-х годов. Так что их дизайн самый последний.
  IGBT   расшифровывается как  Биполярный транзистор с изолированным затвором  . Это полупроводниковый прибор. Он очень эффективен и, как известно, быстро переключается. Он используется во многих бытовых приборах, таких как холодильник, высокотехнологичные стереосистемы, электромобили и другие автомобили с низким энергопотреблением. Как правило, блок сварочного питания прост, но сварочные аппараты IGBT довольно сложны внутри. Эти сварочные аппараты могут выдерживать высокие нагрузки дуговой сварки. Их называют инверторными сварочными аппаратами.
 Принцип работы этих  сварочных аппаратов    заключается в том, что они преобразуют электрическую энергию в высокое напряжение, а затем сохраняют его в батарее конденсаторов. Затем он переключается на второй трансформатор с помощью микропроцессорного контроллера, если это необходимо для получения необходимого сварочного тока. Имеется цифровой дисплей, и он очень удобен в использовании. Цифровой дисплей очень полезен для сварщика .  Эти высокочастотные инверторные сварочные аппараты   более эффективны и обеспечивают больший контроль, чем сварочные аппараты без инертных источников энергии. Структура состоит из биполярного транзистора, затвора и силового транзистора. Все они контролируют энергию в машине.
 Сварочные аппараты  IGBT  имеют программное обеспечение контроллера, которое будет выполнять работу по пульсации сварочного тока, автоматической точечной сварке и т. д. Это окажется дорогостоящим в машине на базе трансформатора, но может быть легко выполнено с помощью инверторного аппарата с программным управлением.
 Сварочные аппараты с БТИЗ могут быть очень полезными, поскольку они обеспечивают мощность, которую можно использовать для различных сварочных процессов. Вы можете иметь возможность использовать различные типы тока или силы тока. Такие процессы, как   TIG или сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа, MMA или ручная дуговая сварка металлическим электродом   можно выполнять. Можно использовать сварочный аппарат TIG переменного или постоянного тока. Можно сваривать различные материалы, такие как нержавеющая сталь, углеродистая сталь и медь.
 Вы можете приобрести портативные модели, которые будет удобно брать с собой везде, где вам нужно заниматься сваркой. Соблюдайте технику безопасности и убедитесь, что кабель имеет правильную длину, чтобы он не представлял опасности для сварщика и окружающих.
 Их вес обычно составляет от тридцати пяти до пятидесяти пяти фунтов. Они также довольно дороги. Они работают очень эффективно и могут сэкономить много денег. Вы также можете торговаться и получить более низкую цену.
 Эти автоматические сварочные аппараты   очень эффективны и экономичны. Они полезны в малых и крупных компаниях, где необходимо выполнять сварку. Так что их дизайн самый последний. Таким образом, если вы выберете сварочные аппараты  IGBT , вы будете использовать новейшие сварочные аппараты . 
 Следует соблюдать осторожность при выборе  сварочных аппаратов IGBT  . Вам придется потратить много денег, и это определенно будет полезно. Чтобы получить лучшее, вы должны знать, как это работает, искать в Интернете и посещать магазины, чтобы узнать о сварочных аппаратах  IGBT.  Тогда вы должны выбрать тот, который соответствует вашим потребностям. Поскольку его можно подключить к компьютеру, и вы можете автоматизировать работу, он будет очень полезен во всех типах сварочных процессов.
  
 Что такое отводы на сварочном трансформаторе? — Полное руководство 
 Последнее обновление 
 Сварочный трансформатор является важным элементом оборудования, снижающим напряжение, поступающее от источника питания. Он работает, изменяя переменный ток от розетки до высокой силы тока и тока низкого напряжения, подходящего для сварки.
 Напряжение и сила тока, используемые при сварке, регулируются отводами первичной и вторичной обмотки сварочного трансформатора. Чтобы знать, как функционируют отводы в сварочном трансформаторе, необходимо более глубоко понимать принцип работы сварочного трансформатора.
 Поэтому будем копать глубже, чтобы узнать, что такое отводы на сварочном трансформаторе. Продолжай читать!
 Что такое сварочный трансформатор? 
 Двухобмоточный трансформатор. Первичная обмотка имеет ответвляющую головку, предназначенную для изменения напряжения зажигания дуги. Кроме того, кнопка крана используется для изменения напряжения холостого хода вторичной стороны. Первичная и вторичная обмотки соединены отдельно с двумя ножками железного сердечника.
 Таким образом, трансформатор будет иметь реактор утечки большего размера. Тогда напряжение на клеммах вторичной обмотки сильно упадет при увеличении тока.
 Реактор со стальным сердечником включен последовательно в цепь дополнительной обмотки для задания сварочного тока. Если изменить длину воздушного зазора реактора, ток возрастет.
 Изображение предоставлено: evgeniy11, Shutterstock
 Как работает сварочный трансформатор? 
 Сварочные трансформаторы работают, изменяя напряжение до напряжения, необходимого для создания сварочной дуги. Время восстановления дуги — это время, необходимое для увеличения напряжения от нуля до напряжения, необходимого для сварки.
 Крайне важно поддерживать минимальное время восстановления дуги, чтобы гарантировать стабильность дуги. Если он не остается низким, катод может стать холодным. Это остановит производство достаточного количества ионов и электронов для формирования и удержания дуги.
 Одним из способов сокращения времени является увеличение напряжения цепи источника электроэнергии. При более низком максимальном значении напряжения время восстановления дуги значительно меньше. Сварочная цепь должна иметь индуктивность, которая приводит к разнице фаз между переходным током и напряжением.
 Отводы помогают изменять напряжение для получения желаемой дуги. Если напряжение низкое, то отводы будут увеличивать ток. Низкое напряжение препятствует формированию предпочтительной дуги, потому что тепло теряется через катод.
 Если сила тока достигает 250 ампер, вы можете легко создать дугу. Ему нужно напряжение до 60 вольт. Можно увеличить напряжение до 80 вольт, если ток ниже 70 ампер.
 Тем не менее, повышение напряжения представляет угрозу безопасности, а также ослабляет дугу. Это приводит к коэффициенту напряжения холостого хода сварочного трансформатора. В этой ситуации отводы имеют большое значение, поскольку они поддерживают напряжение в пределах ограничений и, следовательно, останавливают любые повреждения. Теперь, когда мы знаем назначение отводов на сварочном трансформаторе, давайте. посмотрите, как устроены эти краны.
 Как устроены отводы в сварочном трансформаторе? 
 Во вторичных обмотках имеются отводы на сварочном трансформаторе, соединенные с вилкодержателем или сильноточной кнопкой. Обычно они используются для снижения напряжения от 15 до 45 вольт. Один конец вторичной обмотки соединен со свариваемыми деталями, а другой — с электродом.
 Отводы на сварочном трансформаторе предотвращают проблемы с нагревом за счет минимизации необходимого напряжения. Для изменения тока, используемого при сварке, можно закрепить точки на вторичной катушке. Некоторые сварочные трансформаторы имеют отводы, прикрепленные к вторичной обмотке катушки, чтобы обеспечить нужное напряжение.
 Эти ответвители подают полную мощность на клеммы. Многие большие сварочные трансформаторы обычно имеют несколько фазных входов, а меньшие обычно имеют однофазные входы. Когда электрический ток большой, столько тепла вырабатывается во вторичных обмотках. Это связано с сопротивлением между анодом и свариваемыми деталями.
 Полное сопротивление сварочных трансформаторов обычно выше, чем у обычных трансформаторов. Дуга образуется из-за высокого импеданса. Электрический ток остается в форме волны, а напряжение искривляется в сварочном токе.
 Где расположены отводы в сварочном трансформаторе? 
 Отводы находятся в разных местах на вторичной обмотке. Соединение на последнем слое катушки является основным методом обеспечения отводов. Слой катушки расположен вдали от линии финиша.
 Между метчиками с номерами четыре и пять на части метчика в большинстве случаев имеются разрывы. Кроме того, для катушки предлагается перемычка, которая позволяет вам выбрать желаемое напряжение на конкретной заводской табличке.
 Подключение шлейфа, расположенного на конце вторичной обмотки, без пауз между отводами – еще одна конфигурация отвода. Крайний кран (обычно кран под номером семь) находится недалеко от финиша.
 Соединение «звезда» или «треугольник» в этой конфигурации ответвления (на стороне входа) закрыто на ответвлении в соответствии с паспортной табличкой. Эта конфигурация отводов известна как «отводы на конце катушки» или «отводы от линии».
 Перемычки ответвлений соединяют два конца катушки. В другой конфигурации перемычки ответвлений соединяют только один конец с клеммой основной фазы. А на фазовой клемме положение отвода совпадает с предпочитаемым вами напряжением.
 Конструкции отводов сварочного трансформатора 
 Конструкции сварочных трансформаторов отличаются различными конфигурациями отводов. Тем не менее, самый нижний отвод всегда присоединяется к максимальному циклу вращения трансформатора. Это приводит к выработке наименьшего напряжения для передачи.
 Наименьшее напряжение приводит к меньшему электрическому току и мощности, вырабатываемой сварочным аппаратом. Другие конфигурации ответвителя генерируют более высокое напряжение и ток для контактной сварки.
 Вы можете либо сделать петлю, либо припаять клеммы ответвления. Проводник катушки с петлевыми ловушками обычно снимается с изоляции, чтобы создать петлю, соответствующую размеру оборудования. Концы отводов припаяны к катушке в нужном месте.
 Надеемся, что теперь вы поняли, что такое отводы в сварочном трансформаторе, и узнали все, что нужно знать о них, и как они работают.