Сварочный инвертор устройство и принцип работы

Чтобы правильно выбрать оборудование для выполнения сварочных работ, необходимо знать устройство конструкции и принцип работы сварочного инвертора. Если хорошо разбираться в таких вопросах, можно не только эффективно использовать, но и самостоятельно ремонтировать инверторные устройства.

Инверторные сварочные аппараты производства Италии

На современном рынке предлагается множество моделей инверторов, что позволяет мастерам подобрать оборудование в соответствии со своими потребностями и финансовыми возможностями. При желании сэкономить можно изготовить инверторный сварочный аппарат своими руками.

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

Элементы электрической схемы инверторных устройств

Устройство сварочного инвертора составляют следующие базовые элементы:

• выпрямитель переменного тока, поступающего из обычной электрической сети;
• инверторный блок, собранный на основе высокочастотных транзисторов (такой блок и является генератором высокочастотных импульсов);
• трансформатор, который понижает высокочастотное напряжение и увеличивает высокочастотный ток;
• выпрямитель переменного высокочастотного тока;
• рабочий шунт;
• электронный блок, отвечающий за управление инвертором.

Какими бы характеристиками ни обладала определенная модель инверторного аппарата, принцип его действия, основанный на использовании высокочастотного импульсного преобразователя, остается неизменным.

Пример принципиальной схемы инвертора (нажмите для увеличения)

Выпрямительный и инверторный блоки оборудования в процессе своей работы сильно нагреваются, поэтому их устанавливают на радиаторы, активно отводящие тепло. Кроме того, для защиты выпрямительного блока от перегрева используется специальный термодатчик, отключающий его электропитание при достижении им температуры 90 градусов.

Инверторный блок, являющийся, по сути, генератором высокочастотных импульсов большой мощности, собирается на основе транзисторов, соединяемых по типу «косого моста». Высокочастотные электрические импульсы, формирующиеся в таком генераторе, поступают на трансформатор, необходимый для того, чтобы понизить значение их напряжения.

Наиболее распространенными трансформаторами, используемыми для оснащения сварочных инверторов, являются устройства со следующими характеристиками: первичная обмотка – 100 витков провода марки ПЭВ (толщина 0,3 мм); 1-я вторичная обмотка – 15 витков из медной проволоки диаметром 1 мм; 2-я и 3-я вторичные обмотки – 20 витков медного провода диаметром 0,35 мм. Все обмотки тщательно изолируются друг от друга, а места их выхода защищаются и запаиваются.

Внутреннее устройство сварочного инвертора

На выходной выпрямитель сварочного инвертора поступает ток, обладающий высокой частотой. С преобразованием такого тока в постоянный простые диоды не справятся. Именно поэтому основу выпрямителя составляют мощные диоды, обладающие большой скоростью открывания и закрывания. Чтобы предотвратить перегревание диодного блока, его размещают на специальном радиаторе.

Обязательным элементом любого сварочного инвертора является резистор высокой мощности, обеспечивающий устройству мягкий пуск. Необходимость использования такого резистора объясняется тем, что при включении питания на оборудование подается мощный электрический импульс, который может стать причиной выхода из строя диодов выпрямительного блока. Чтобы этого не произошло, ток подается через резистор на электролитические конденсаторы, которые начинают заряжаться. При достижении конденсаторами полного заряда и перехода устройства в штатный режим работы замыкаются контакты электромагнитного реле и ток начинает поступать на диоды выпрямителя, уже минуя резистор.

Выходные дроссели на плате сварочного инвертора

Инверторы благодаря своим техническим характеристикам позволяют выполнять регулировку сварочного тока в широком диапазоне – от 30 до 200 А.

Работой всех элементов такого сварочного аппарата, отличающегося компактными габаритами, небольшим весом и высокой мощностью, управляет специальный ШИМ-контроллер. Электрические сигналы поступают на контроллер от операционного усилителя, питающегося выходным током самого инвертора. На основе характеристик этих сигналов котроллер формирует корректирующие выходные сигналы, которые могут подаваться на диоды выпрямителя и транзисторы инверторного блока – генератора высокочастотных электрических импульсов.

Кроме основных, современные сварочные инверторы обладают еще целым перечнем полезных дополнительных опций. К таким характеристикам, которые значительно облегчают работу с устройством и дают возможность получать качественные, надежные и красивые сварные соединения, следует отнести форсирование сварочной дуги (быстрый розжиг), антизалипание электрода, плавную регулировку сварочного тока, наличие системы защиты от возникающих перегрузок.

Монтажная плата с основными элементами инвертора

Целесообразность использования инверторов и их основные недостатки

Широкое применение сварочных инверторов объясняется целым рядом весомых преимуществ, которыми они обладают.

• Устройства данного типа отличаются высокой мощностью и производительностью.
• Сварной шов, формируемый с использованием инверторов, характеризуется высоким качеством и надежностью.
• Наряду с высокой мощностью, устройства данного типа отличаются компактными размерами и небольшим весом, что дает возможность легко переносить их в то место, где будут выполняться сварочные работы.
• Сварочные инверторы обладают большим КПД (порядка 90%), потребляемая электрическая энергия используется в них эффективнее, чем в трансформаторах.
• Благодаря высокому КПД такие аппараты отличаются экономичным расходованием потребляемой электроэнергии.
• В процессе выполнения сварочных работ с помощью инвертора расплавленный металл разбрызгивается незначительно, что отражается на более рациональном потреблении расходных материалов.
• Инверторы обеспечивают возможность плавной регулировки сварочного тока.
• Благодаря наличию в таких устройствах дополнительных опций уровень квалификации сварщика почти не влияет на качество выполнения работ.
• Широкая универсальность инверторов упраздняет вопрос о том, какой аппарат выбрать для выполнения сварки по различным технологиям.

Инверторные устройства выбирают в том случае, когда нужен аппарат, характеристики которого обеспечивают высокую стабильность горения сварочной дуги в любой ситуации. При использовании инверторов не возникает вопрос и о том, какой электрод выбрать для выполнения сварочных работ, так как с помощью этого оборудования можно варить металл электродами любого типа.

Конечно, недостатки у инверторов тоже есть, но их не так много. Сюда следует отнести достаточно высокую стоимость таких устройств, по сравнению с обычными сварочными трансформаторами. Дороги такие устройства и в ремонте, который чаще всего связан с необходимостью замены мощных транзисторов (их стоимость может составлять до 60% цены всего аппарата).

Очень чувствительны инверторы к негативным внешним факторам – пыли, грязи, осадкам и морозу. Если для работ в полевых условиях вам нужен именно инвертор, придется сооружать для него закрытую и отапливаемую площадку.

Время чтения: 8 минут

Инверторная сварка в 21 веке смогла стать самой распространенной среди всех сварочных технологий, поскольку кардинально изменила представление о сварочном оборудовании. Если раньше при словосочетании «сварочный аппарат» мастера представляли большой и громоздкий трансформатор, которым трудно варить новичку. То теперь на ум приходят компактные и легкие инверторы, которые просты в эксплуатации и стоят недорого.

Общая информация

Как мы уже упомянули выше, ранее у домашнего сварщика практически не было выбора при покупке сварочного аппарата. Он мог приобрести трансформатор или выпрямитель, а затем наступало время долгого обучения. Трансформаторы нельзя просто подключить к розетке и начать сварку. Необходимо знать множество нюансов: начиная от регулировки силы тока заканчивая ведением шва.

Но, времена изменились. Прогресс не стоял на месте, и в начале 21 века на массовом рынке появились инверторы. Они существенно отличались от привычных трансформаторов не только своими габаритами, но и функционалом.

У сварщиков появилась возможность без труда перевозить сварочный аппарат из точки А в точку Б, поскольку инверторы весили в среднем 10 кг. В дополнение ко всему производители предлагали расширенный функционал, упрощающий и ускоряющий сварку. Появились функции, препятствующие прилипаю электрода к металлу, упрощающие поджиг дуги и т.д. Сварщики по достоинству оценили аппараты нового поколения.

На сегодняшний день инверторы — это самый популярный тип сварочного оборудования. Инвертор можно найти как на даче у домашнего умельца, так и в мастерской или на производстве. Сердце такого аппарата — инверторный источник сварочного тока. Отсюда и название «инвертор».

Из-за такой путаницы в названии многим новичкам трудно понять, чем отличается инвертор от сварочного аппарата инверторного типа. Все просто. Инвертор — это зачастую компактный аппарат, предназначенный для ручной дуговой сварки. На этом его функционал заканчивается. А вот сварочный аппарат инверторного типа может быть предназначен для различной сварки: от сварки в среде газа до сварки порошковой проволокой. Например, к аппаратам инверторного типа часто относится полуавтомат, поскольку в его основе так же лежит инверторный источник тока.

Появление инверторного сварочного аппарата дало возможность многим домашним мастерам быстро и просто обучиться сварочному делу. Поскольку все инверторы понятны в эксплуатации, и достаточно прочесть инструкцию к купленному вами аппарату, чтобы приступить к работе.

Принцип работы

У инверторной сварки очень простой принцип работы. Вы подключаете аппарат в обычную бытовую розетку, откуда подается переменный ток. Встроенный в инвертор выпрямитель сглаживает получаемый ток с помощью фильтра. После чего уже постоянный ток с помощью современных транзисторов преобразовывается в переменный ток высокой частоты. Частота сварочного тока на данном этапе составляет от 20 до 50 кГц.

Но это еще не все. Далее переменный ток высокой частоты понижается, и у нас есть возможность использовать сварочный ток с силой от 100 до 200 Ампер (в среднем). Вот и весь принцип действия сварочного инверторного аппарата. Ну а поскольку преобразованием тока занимается блок электросхем, у инженеров получилось создать максимально компактные сварочные аппараты. Сейчас инвертор весом 5 кг — это не редкость.

Поскольку принцип работы сварочного инверторапрост, многие умельцы самостоятельно собирают сварочный аппарат в домашних условиях из подручных материалов.

Правила эксплуатации инвертора

Инвертор — это технически сложный электроприбор, который нуждается в правильном применении, обслуживании и хранении. Мы собрали основные правила, которые следует соблюдать, чтобы ваш аппарат прослужил долго.

Прежде всего, узнайте, насколько ваш аппарат защищен от пыли и влаги. Большинство бюджетных инверторов справляются только с брызгами воды, и нуждаются в бережном хранении (о нем мы расскажем чуть позже). Если ваш инвертор будет защищен от осадков и грязи, вы сможете использовать его даже в полевых условиях.

Обращайте внимание на световые индикаторы, расположенные на корпусе инвертора. Все аппараты оснащены индикатором, сигнализирующем об опасном перегреве. Если на вашем инверторе во время сварки загорелась лампочка перегрева, то прекратите работу и дайте аппарату остыть.

Чтобы добиться хорошего качества швов металл необходимо обезжирить и зачистить перед сваркой. На поверхности не должно быть следов от краски, масла, грязи и прочих загрязнений. Для обезжиривания подойдет уайт спирит, а для зачистки можно использовать наждачную бумагу или болгарку.

Всегда отключайте сварочный инвертор из сети, если приостанавливаете работу более чем на 10 минут или вовсе закончили сварку. Не подпускайте посторонних людей и домашних животных к месту выполнения сварки. Это основы техники безопасности.

Техника безопасности

Продолжая тему техники безопасности, дополним, что не стоит пренебрегать средствами индивидуальной защиты. Обязательно используйте сварочную робу, защитную маску (идеальный вариант — это маска типа «Хамелеон»), сварочные краги, специальная обувь, не проводящая ток. Самый простой вариант — это встать на резиновый коврик. И ни в коем случае не храните в вашей рабочей одежде предметы, которые могут легко воспламениться.

Перед сваркой осматривайте все сварочные кабели, они должны быть целыми. Не лишним станет проверка всех разъемов и внешний осмотр самого аппарата. Если при сварке вы чувствуете неприятный запах, исходящий от инвертора, немедленно отключите его.

Все эти правила созданы не на пустом месте. Игнорируя их, вы можете нанести серьезный вред себе и своему здоровью. К сожалению, сварщики часто страдают от попадания окалины в глаза, от ожогов и даже от потери зрения. А все из-за несоблюдения техники безопасности.

Базовое техническое обслуживание

Устройство и принцип работы инвертора просты, но в их основе лежит применение электросхем. И вы должны понимать, что электросхемы нуждаются в грамотном техническом обслуживании. Мне не рекомендуем новичку проводить все обслуживание своими руками. Но вы можете выполнять базовые действия, которые продлят жизнь инвертору. А более сложные работы можно доверить специалисту в сервисном центре.

Итак, самое главное, что вам нужно делать регулярно — это очищать аппарат от пыли и грязи. В идеале на поверхности корпуса вообще не должна скапливаться пыль. Она легко проникает внутрь корпуса через вентиляционные отверстия и может вывести аппарат из строя. Протирайте инвертор тряпкой и не допускайте его запыливания. Можете отнести аппарат в сервисный центр, где вам его прочистят с помощью струи сжатого воздуха.

Помимо корпуса нужно протирать все сварочные кабели. Ни в коем случае не используйте мокрую тряпку для чистки. И не забывайте выключать аппарат из розетки перед обслуживанием. Старайтесь выполнять очистку аккуратно, не заламывая провода.

Остается вопрос: как часто проводить обслуживание, чтобы инвертор сварочный служил долго? Здесь все зависит от частоты применения инвертора. Мы рекомендуем в любом случае проводить обслуживание в сервисном центре перед его отправкой на зимнее хранение. Также раз в месяц протирайте аппарат и осматривайте его.

Правила хранения инвертора

Как мы уже упомянули выше, устройство сварочного инвертора компактно благодаря тем самым электросхемам, которые так чувствительны к пыли и перепадам температур. Именно по этой причине важно уделить особое внимание хранению инвертора. Едино разовое повышение влажности и одна пылинка не убьют инвертор, но постоянное пренебрежение хранением выведет его из строя.

Самый простой вариант хранения — это использовать коробку, в которой вы его купили. Зачастую она изготовлена из довольно плотного картона, что неплохо для хранения в квартире, например. Конечно, пластиковая упаковка предпочтительнее, но вы можете использовать то, что уже имеете. Для подстраховки заверните аппарат в целлофан, проделав в нем отверстия для вентиляции.

Подойдите серьезно к выбору места хранения. Неотапливаемая дача, или гараж точно не подойдут. Инвертору нужна постоянная комнатная температура и отсутствие перепадов влажности. Производители заявляют, что их аппараты отлично хранятся и при жаре, и при минусовой температуре. Но на деле это не правда. Так что не экспериментируйте.

Вместо заключения

Теперь вы знаете, каков принцип работы сварочного аппарата инверторного типа, и какие правила нужно соблюдать, чтобы продлить срок его службы. Мы затронули лишь основы. Следующее, что вам нужно изучить — это подбор режима сварки и электродов. Настройка сварочного инвертора — это очень важная часть подготовки к сварке. От настроек во многом зависит конечное качество сварных швов. На нашем сайте вы можете найти материалы, посвященные подбору режима сварки, выбора первого инвертора и прочие полезные статьи. Оставляйте свои комментарии с советами и вопросами. Желаем удачи в работе!

Техника постоянно развивается и оборудование для сварки не стало исключением. В последнее время на рынке становится все больше аппаратов инверторного типа, которые уже практически вытеснили сварочные трансформаторы во всех сегментах. Конкуренция еще может оставаться только на самом простом уровне, который необходим для использование ручной дуговой сварки, так как более сложные технические процедуры, для которых нужны специальные функции, сейчас выполняются преимущественно инвертерами. Многие специалисты уже смогли на практике оценить все преимущества данных изделий, не говоря уже о том, что в частной сфере они стали практически незаменимы. Это простые в использовании и многофункциональные аппараты. Устройство и принцип работы сварочного инвертора обеспечивает надежное горение дуги, а также формирование качественных и надежных швов.

В последние годы появляется все больше различных моделей, от достаточно миниатюрных аппаратов, которые могут использоваться для переносной сварки и питаться от автономных источников, до больших многофункциональных изделий, применяемых в частной сфере. Большое разнообразие производителей также способствует данному увеличению количества моделей. Компоновка сварочного полуавтомата, простого аппарата и других разновидностей может меняться в зависимости от конкретной модели, но основные принципы сохраняются изменения сильно задевают дополнительные функции, так как для них создаются отдельные блоки. Все это в целом обеспечивает отличные возможности для легкого выполнения сложных операций, благодаря чему оборудование и заслужило высокую популярность у современных специалистов. Но здесь имеются не только сплошные преимущества, так как встречаются и недостатки.

Преимущества сварочного инвертора

• Устройство сварочного полуавтомата инверторного типа, а также обыкновенного аппарата позволяет уменьшить размеры корпуса оборудования, так как все комплектующие оказываются более компактными;
• За счет снижения габаритов корпуса, снижается и общий вес, который в современных моделях может достигать всего 3-4 кг;
• Оборудование не сильно чувствительно к перепадам напряжения, так как встроенная электроника помогает поддерживать стабильность горения дуги и подстраиваться под скачки электричества в сети;
• Стабильное горение дуги не позволяет металлу сильно разбрызгиваться;
• Устройство сварочного инвертора позволяет дополнять технику дополнительными функциями, которые были недоступны и которые помогают улучшить качество сварного шва;
• Техника может работать от обыкновенной бытовой сети, так что здесь не требуется подключение к трехфазной сети;
• Затраты электроэнергии на работу инвертора значительно меньше, чем при работе трансформатором.

Недостатки сварочного инвертора

• Стоимость техники заметно выше, чем у предыдущего поколения, особенно заметно это становится с ростом мощности и количества функций;
• Устройство инверторного сварочного аппарата оказывается сильно чувствительным к перегревам, поэтому, его не рекомендуют использовать для длительных и беспрерывных работ;
• Аппарат может создавать высокий уровень электромагнитных помех вокруг себя, что может повлиять на другие виды техники, находящиеся рядом;
• Здесь также присутствует большая чувствительность к вибрациям, ударам встряскам и так далее, так как внутри присутствует электроника, которая может выйти из строя.

Принцип работы сварочного инвертора

Основной функцией данной техники является преобразование тока из сети в те параметры, которые необходимы для сваривания металла. Для этого ток проходит через сложную систему преобразований. Эта схема выглядит следующим образом:

• Первым делом все поступает на выпрямитель инвертора. Переменный ток из обыкновенной розетки входит в выпрямитель и становится постоянным на выходе.
• Затем происходит снижение напряжения. В сети оно подается с параметрами в 220 В, а специальный инверторный блок понижает его до требуемого значение, заданного настройками. Здесь же постоянный ток снова переходит в переменный, но на этот раз специальный блок повышает его частоту.
• После этого все переходит на трансформатор. Здесь напряжение снова понижается до требуемого значения. Благодаря понижению силы высокочастотного напряжения, начинает возрастать сила высокочастотного тока.
• На последнем этапе преобразованный высокочастотный ток поступает на вторичный выпрямитель, где он снова становится постоянным. Здесь же происходит окончательная регулировка его параметров, которые будут соответствовать заявленным на датчиках характеристикам.

Таким образом, принцип работы сварочного инвертора помогает четко контролировать его параметры и повышать частоту тока и напряжения. Благодаря этому улучшается возможность работы с тугоплавкими и сложно свариваемыми металлами. Сюда относится сварка нержавейки, алюминия и прочих разновидностей.

Схема инвертора

Устройство

Устройство каждой модели может иметь ряд особенностей, но в целом многие технические узлы повторяются. В основном плата техники состоит из следующих частей:

• Радиатор выходного выпрямителя – это одна из наиболее объемных деталей, которая служит для вторичного выпрямителя сварочного тока;
• Радиаторы транзисторов – несколько радиаторов, которые в целом своем объеме занимают около четверти платы;
• Кулер – обязательное для инверторов устройство охлаждения, так как здесь большая чувствительность к перегреву;
• Сетевой выпрямитель – первичное устройство для выпрямления поступаемого из сети тока перед последующим его преобразованием;
• Датчик тока – датчик, показывающий параметры получаемого тока;
• Реле мягкого пуска – устройство, помогающее обеспечить легкий старт во время сварочного процесса;
• Интегральный стабилизатор – дополнительный блок, который помогает стабилизировать параметры электричества, даже если идут скачки в сети;
• Помеховый фильтр;
• Конденсаторы помехового фильтра.

Режимы

Принцип работы инверторного сварочного аппарата позволяет ввести несколько дополнительных функций, которые помогут сделать работу более простой.

• Горячий старт. Данная функция помогает увеличить сварочный ток в тот момент, когда электрод касается заготовки. После этого сила тока возвращается на те параметры, которые указаны на датчике. Количество добавленных Ампер зависит от изначальной силы тока, так как она показывается в относительном соотношении, от 5 до 100%. Некоторые модели обладают только фиксированной величиной добавки. С помощью данной функции легче поджигать плохие электроды.
• Форсаж дуги. Данная функция становится незаменимой при сваривании тонких листов металла во время формирования и продвижения сварочной ванны она уберегает электрод от залипания и от прожигания. Здесь постоянно добавляется и убавляется количество тока, чтобы дуга горела стабильно. Принцип действия очень похож на «Горячий старт», но при этом регулировка идет постоянно. Здесь также может присутствовать фиксированное значение или регулируемое.
• Антизалипание. Данная функция не обеспечивает постоянное горение дуги, как это было в предыдущих случаях. Это одно из наиболее ранних и простых нововведений, которые были реализованы в инверторах. В то время, когда электрод залипает, образуется короткое замыкание, нагревающее аппарат и воздействующее на него прочими негативными свойствами. Чтобы избежать этого, при включенной функции антизалипания техника просто отключит подачу питания. Таким образом, ей не будет нанесено никакого вреда и можно будет спокойно продолжить сварку. При желании ее можно отключить или отрегулировать.