Сварочный инвертор: что это такое, из чего он состоит

Основы техобслуживания

По своему устройству и принципам работы инвертор достаточно прост. Но примененные в нем электросхемы должны грамотно и вовремя обслужены.

Очищение аппарата от пылевой грязи должно войти у вас в привычку. Желательно, чтобы корпус регулярно протирался. Инвертор может поломаться, если пыль попадет через вентиляционные отверстия внутрь.

В сервисном центре сжатой воздушной струей могут полностью почистить аппарат от пыли.

Обязательно протирайте кабеля сварочного инструмента. Перед манипуляцией отключите его от сети энергоснабжения. Кабеля не стоит протирать влажной тканью. Избегайте заламывания проводов.

Эти не сложные меры ухода за инвертором стоит выполнять по интенсивности применения. Перед зимним хранением, все-таки имеет смысл отнести его в сервисный центр, а потом очищать от пыли один-два раза в месяц.

Что нужно знать начинающим сварщикам

Если опыта в сварке практически нет, а выполнить работу нужно, то необходимо запомнить следующие нюансы.

1. Шов получится качественным, хорошо проваренным, а на металле не появится прожогов, если постоянно следить за ним. Поэтому рекомендуется заранее расположить свариваемые детали так, чтобы было удобно наблюдать за ходом сварки.
2. Самый простой вариант – сварка в нижнем положении. Начинающим сварщикам лучше начинать с него. Потом можно переходить к кольцевым стыкам, а после них к вертикальным. Последние являются самыми сложными в исполнении.
3. Для удобства лучше делать стыки внахлест. Если же варить стык в стык, то можно случайно привариться к столу, на котором лежат элементы.
4. При появлении дефектов в ходе работы, их необходимо удалить. Для этого проблемный участок дополнительно проваривается или сначала выбирается с помощью болгарки, а потом наплавляется еще раз.
5. Если приходится сваривать толстые детали, то для полного провара на кромках необходимо делать фаски. Зазор между кромками зависит от толщины элементов, но не должен быть меньше 0,5 мм.

Устройство сварочного инвертора

Перед тем как приступать к процессу, стоит узнать, что такое инверторный сварочный аппарат. Раньше данное устройство имело достаточно простую схему работы. Но в последнее время аппарат усовершенствовался и получил массу дополнительных функций, которые смогли сделать его модифицированным. Инженеры смогли дополнить его электроникой, это смогло повысить его функциональность.

Чтобы понять, что такое сварочный инвертор и как он работает, стоит рассмотреть его принцип работы:

• устройство может работать от сети переменного тока с показателем напряжения в 220 или 380 вольт и частоты тока 50 Гц. Обычный бытовой инверторный прибор достаточно подключить в бытовую розетку;
• поступивший в инвертор сварочный ток проходит через диодный мост. В этой области он сглаживается и становится постоянным;
• полученная электрическая энергия проходит через блок транзисторов, при этом наблюдается высокая частота коммутации. В итоге снова получается переменный ток, но он имеет высокий показатель частоты — 20-50 кГц;
• в последующий период происходит преобразование напряжения тока, оно на выходе из инвертора снижается до 70-90 вольт. А если следовать из принципов закона Ома, то снижение показателей напряжения вызывает повышение силы тока. На выходе (на конце электрода) будет наблюдаться сила тока, равная 100-200 ампер. Именно это и является силой тока сварочного процесса.

Руководство пользователя

Не стоит забывать, что инверторный аппарат относится к электрической технике, поэтому должен правильно эксплуатироваться, обслуживаться и храниться.

Ниже приведены основные постулаты, которых нужно придерживаться. Тогда ваш инвертор прослужит длительное время.

Если же защита от пыли и воды будет высокая, то вы сможете применять его даже в поле.

Корпусы, всех без исключения, аппаратов оснащены сигнализирующими лампочками — световыми индикаторами. Следите за ними во время сварочных работ.

Если лампа загорается, то нужно прекратить работу до полного остывания сварочного устройства. Эта система предохраняет ваш сварочный аппарат от перегревания.

Перед началом наложения шва, металлические детали осмотрите на присутствие ржавчины, окалины, загрязненности, остатков лакокрасочных веществ. Обязательно зачистите металлические поверхности и обезжирьте их.

По завершении сварки (даже если вы прерываетесь минут на десять) отсоединяйте прибор от сети питания. Правилами безопасности запрещено проводить сварочные работы в присутствии людей или домашних животных.

Что такое сварочный инвертор

Сварочный инвертор — это бытовой, профессиональный или полупрофессиональный аппарат для сварки, который имеет принципиальное отличие в работе, от трансформаторных сварочных аппаратов. Если выразиться точнее, то сварочный инвертор, это преобразователь переменного тока в постоянный ток, со снижением его значений, до 90 В.

Принцип работы сварочного инвертора основан на следующем:

• Выпрямление переменного напряжения;
• Понижение высокочастотного тока;
• Поддержание нужного значения тока до требуемых параметров, тех, которые нужны для ручной дуговой сварки.

Из чего состоит сварочный инвертор

За все вышеперечисленное, выпрямление переменного тока и поддержание его требуемых значений, в сварочном инверторе отвечают такие элементы, как:

Сетевой выпрямитель — он включается в себя мощные конденсаторы и диодный мост. Именно данный компонент сварочного инвертора преобразует переменный ток в сети 220 Вольт в постоянные его значения.

Высокочастотный трансформатор — такая деталь также присутствует в инверторе. А вы вправду думали, что сварочные инверторы без трансформаторов? Конечно же, нет! Маленький, но такой нужный трансформатор, все же имеется, а его главная функция, это понижение напряжения.

Инвертор — состоит из мощных транзисторов, чаще всего закреплённых к радиаторам охлаждения в виде алюминиевых пластин. Коммутирующие транзисторы, из которых состоит инвертор, нужны, как и сетевой выпрямитель, для преобразования входящего напряжения.

Выходной выпрямитель — данный элемент сварочного инвертора даёт возможность выпрямлять высокие значения переменного тока. Состоит выходной выпрямитель инвертора из быстродействующих и весьма мощных диодов, их скорость срабатывания неимоверно высока, более 50 наносекунд!

Инверторная пусковая схема — в неё входят различные компоненты силового блока.

Несмотря на всю кажущуюся сложность конструкции, сварочный инвертер обладает рядом неоспоримых преимуществ. Во-первых, он не так сильно садит электрическую сеть. Во-вторых, регулировка тока на инверторе осуществляется плавно, что даёт возможность увеличить качество сварочных работ.

Ну а о таких преимуществах сварочных инверторов, как лёгкий вес и компактные размеры, и вовсе говорить не стоит. Если сравнить вес старого сварочного трансформатора и инвертора, то эти цифры, будут различными в десятки раз.

Основные типы сварочных аппаратов

Устройство инвертора для сварки.

Инверторные сварочные аппараты подразделяются на три категории:

• бытовые;
• полупрофессиональные;
• профессиональные.

Отмеченное разделение выполнено, в первую очередь, исходя из области и частоты использования устройства. Чтобы понять, какой нужен аппарат для сварки, необходимо определиться с условиями его применения.

Бытовые рассчитаны на непродолжительное время работы. Использовать подобные приборы для постоянной и длительной сварки не представляется возможным. Уже после 5-10 минут использования аппарату необходимо дать «отдохнуть» в течение такого же, а иногда большего, промежутка времени.

В то же время возможность подключения подобного инвертора в бытовую однофазную сеть делает его весьма удобным для использования в домашних целях. Для быстрой сварки металлических конструкций на даче или для домашней работы не столь критично, сколько сварочный инвертор сделает перерывов.

Инверторы полупрофессионального класса способны функционировать дольше, что достигается благодаря особенностям их конструкции. Подобные устройства используют при ремонте труб, изготовлении каркасов и металлоконструкций. Питаются они, как правило, от трехфазной сети.

Аппараты профессионального класса способны работать без перерыва на протяжении суток. Их сварочный ток может достигать 500 ампер. Это значит, что потребляемая мощность сварочного инвертора подобного типа будет наибольшей.

Все бытовые, некоторые полупрофессиональные и профессиональные аппараты способны питаться от сети 220 вольт. В то же время не стоит забывать, что ток электросети не может превышать 160 ампер.

Приобретая инвертор необходимо заранее рассчитывать, какая мощность ему необходима и какой ток он будет потреблять.

Подключение устройства с более высокими показателями может привести к выключению автомата, либо к выгоранию контактов розетки, так как оборудование рассчитано на большее количество киловатт.

Итак, на что же следует обращать внимание при выборе бытового инвертора? В первую очередь на сварочный ток, характеристика которого указывается производителем в паспорте или руководстве к прибору. Данный критерий показывает при каком токе будет обеспечена нормальная работа инвертора без перегрузок, с учетом продолжительной нагрузки

Конечно лучше отдать предпочтение аппаратам с запасом по мощности на 30-50% к показателю рабочего тока

Данный критерий показывает при каком токе будет обеспечена нормальная работа инвертора без перегрузок, с учетом продолжительной нагрузки. Конечно лучше отдать предпочтение аппаратам с запасом по мощности на 30-50% к показателю рабочего тока.

Зависимость сварочного тока от толщины металла и диаметра электрода.

В обычной городской электросети часто бывают скачки напряжения. Как правило, такие перепады происходят в обе стороны на 15-20 % от номинального значения в 220 вольт.

Обычно бытовые и профессиональные инверторы не столь чувствительны к подобным скачкам. Даже при их наличии они способны эффективно работать.

Однако во время подключении к генератору колебания могут быть существенно больше. В связи с этим лучше выбрать сварочный аппарат с защитой от перепадов напряжения.

Проверить все параметры приборов непосредственно при покупке достаточно сложно, даже при наличии в аппаратах цифровых дисплеев. Даже они могут выводить неправильную информацию и ввести покупателя в заблуждение.

Характеристики самодельного инвертора

Один из важных вопросов для специалистов по сварке – как сделать сварочный инвертор своими руками. Процесс можно выполнить при помощи схемотехники сварочных инверторов.

Прежде чем собирать эффективный сварочный инвертор необходимо выделить следующие технические характеристики оборудования:

• на одном из транзисторов сила тока, который проходит через вход, должна составлять 32 ампера;
• 250 ампер – показатель силы тока, который создается при выходе из аппарата;
• напряжение должно быть до 220 вольт.

Для того чтобы создать самый простой сварочный инвертор необходимо соединить следующие элементы в один механизм:

• силовой блок;
• питательный блок на тиристорах;
• драйвера для силовых ключей.

Принцип работы сварочных инверторов

оградить прибор от поломок и ремонтов

В инверторах преобразование параметров энергии осуществляется совмещенным способом. Используется силовая полупроводниковая электроника и маломощный трансформатор. Преобразование напряжения происходит в несколько этапов.

Два основных преобразователя напряжения осуществляют работу при очень высоких электрических характеристиках. Их работа управляется с помощью электронного микропроцессора.

Электронное устройство агрегата дает своевременную команду для преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного повышенной частоты. От этого аппарат и получил свое название. Преобразование осуществляется два раза, вначале переменный ток преобразуется в постоянный с напряжением 220В и частотой 50 Гц. В процессе такого преобразования он становится переменным, но с более низким напряжением, высокой частотой и большей силой тока.

Как работает сварочный инвертор можно рассмотреть на примере мощного устройства на 160 ампер. Он отлично подходит для работы с электродами «четверка». Перед тем как включить прибор обязательно нужно проверить напряжение, поскольку в дачных домах или в гаражах часто случаются перепады напряжения. Если так происходит, тогда необходимо использовать инвертор мощней или взять более тонкие электроды для работы, чтобы они не «залипали». Все сварочные работы ведутся так же, как и традиционным аппаратом, только для образования дуги не нужно удерживать четкий зазор между свариваемой поверхностью и электродом.

Классификация сварочных инверторов

Итак, переходим теперь непосредственно к теме – как выбрать сварочный аппарат (инвертор). В классификации прибора три вида:

• Бытовой, который нас интересует. Его сила тока варьируется в диапазоне 100-200 ампер. Оптимальный вариант выбора для начинающих сварщиков.
• Профессиональный. Здесь сила тока варьируется от 200 до 300 ампер. Такие модели в основном используются работниками ЖКХ и сотрудниками мелких фирм и цехов.
• Промышленный. Диапазон силы тока – 250-500 ампер. Такие сварочные агрегаты применяются там, где необходим высококачественный сварной шов. Поэтому их используют в строительстве, в работах, связанных с прокладкой трубопроводов, работающих под средним и высоком давлением.

Разобравшись с видами сварочных аппаратов для ручной сварки, переходим к обозначению их преимуществ перед другими.

Небольших размеров бытовая модельИсточник fgpip.ru

Особые возможности инверторов

Кроме плюса, заключающегося в небольшом весе, сварочные аппараты инверторного типа позволяют применять электроды как для переменного, так и для постоянного тока

Это особенно важно при сваривании элементов из чугуна, цветных металлов. Большинство моделей имеет опции, которые делают процесс сваривания более удобным, особенно эти дополнения подойдут тем, кто только учится владеть сваркой:

• горячий старт (или Hot start): задает для розжига электродуги наиболее оптимальные параметры;
• антизалипание (или AntiSticking): в случае короткого замыкания ток сваривания автоматически уменьшается до минимального, в результате чего электрод не прилипает к детали:
• ArcForce: эта опция выдает оптимальный ток в момент отрыва металла от электрода, что также предотвращает залипание.

Хорошее разжигание дуги в сварочном инверторе реализовано благодаря независимости выходного напряжения от входного, что присутствует в традиционных сварочных устройствах. В обычной сварке слишком малый ток вызывает прилипание электрода, а слишком большой чреват пережигом металлической детали. Т.е. при работе с инвертором нельзя деталь «недожечь» или «пережечь», что гарантирует прочность шва (в нем отсутствуют раковины, трещины).

Особенности функционирования

Простота эксплуатации отличает инверторную сварку от трансформаторной. Чтобы начать сварочные работы нужно лишь запитать инвертор от обычной розетки домашней электросети.

Это лишь первый этап. Следующая фаза состоит в понижении высокочастотного переменного тока. Показатель величины силы сварочного тока будет составлять порядка 100-200 Ампер.

В это и заключается весь алгоритм работы инвертора. Так как, инвертор снабжен электросхемами для преобразования тока, объемы корпуса были значительно уменьшены. Уже никого не удивишь инвертором, вес которого не будет превышать пяти килограмм.

Простота устройства инверторного сварочного аппарата дает возможность воссоздать его у себя дома, используя подручные запчасти и материалы.

Преимущества инверторного агрегата

Инверторы имеют небольшой вес и габариты, что очень важно при выполнении сварочных работ, вес аппарата всего 4-4,5 кг.
Высокий КПД и электробезопасность, которая обеспечивается большим количеством схем защиты — перегрев, перегрузка или электрическое перенапряжение.
Низкий уровень электропотребления, инверторы потребляют в 1,5-3 раза меньше, чем привычные сварочные аппараты. Такая особенность позволяет использовать агрегат даже при напряжении в сети в 180В

При включении он создает минимальные электромагнитные помехи в сети.
Плавное и легкое управление силой тока.
В итоге получаются качественные сварные швы, такой высокий результат достигается благодаря легкому зажиганию электрической дуги с ее устойчивым горением. В процессе работы не наблюдается большого разбрызгивания сварного металла.
Можно использовать различные электроды.
Есть система быстрого зажигания электродов — Hot Start.

Устройство сварочного инвертора

До недавнего времени инверторный аппарат был достаточно простым по схеме работы. Со временем инженеры дополнили ее электроникой, что повысило функциональность агрегата. Самое интересное состоит в том, что от этого цена сварочного инвертора не стала выше. Как показывает тенденция продаж, она постепенно снижается, что всех и радует.

В чем заключается принцип действия сварочного аппарата инверторного типа?

• Работает он от сети переменного тока напряжением 220 или 380 вольт и частотой тока 50 Гц. Включается в обычную розетку, если разговор ведем о бытовом сварочном инверторе.
• Поступивший в инвертор сварочный ток проходит через фильтр, где он сглаживается и становится постоянным.
• Полученная электрическая энергия проходит через блок транзисторов (с большой частотой коммутации), в результате получается опять переменный ток только с большей частотой – 20-50 кГц.
• Далее, напряжение тока преобразуется, оно на выходе инвертора снижается до 70-90 вольт. По закону Ома снижение напряжение дает повышение силы тока. На выходе (на конце электрода) будет сила тока, равная 100-200 ампер. Это и есть сила тока сварки.

Именно высокая частота тока является главным техническим решением в инверторных сварочных аппаратах. Оно позволяет добиться максимальных преимуществ перед другими источниками питания электрической сварочной дуги. В инверторах необходимая для сварки сила тока достигается изменением высокочастотного напряжения. В обычных сварочных трансформаторах этот процесс происходит за счет изменения электродвижущей силы (ЭДС) катушки индукции, которая является основной частью трансформатора.

Именно предварительное преобразование электроэнергии позволяет использовать в инверторах трансформаторные блоки с небольшими размерами. Для сравнения можно привести такой пример. Если необходимо на выходе получить ток силой 160 ампер, то для этого в инверторе потребуется установить трансформатор весом 300 г. Такой же ток на выходе обычных сварочных трансформаторов получится, если в него будет вмонтирован трансформатор с медной проволокой (катушкой) весом 20 кг.

Почему так происходит? Основным элементов сварочного аппарата трансформаторного типа являлся сам силовой трансформатор с катушками первичной и вторичной обмотки. Именно катушка позволяла снижать переменное напряжение и получить на выходе из второй обмотки токи большой величины, пригодные для инверторной сварки металлов. Появляется зависимость от падения напряжения до увеличения силы тока. При этом длина медной проволоки на вторичной обмотке уменьшалась, но увеличивался его диаметр. Отсюда и большие габариты сварочного аппарата, и его большой вес.

Как работает сварочный инвертор

Инвертор отличается другим принципом действия и эксплуатационными характеристиками в сравнении с трансформаторными источниками питания . Такое устройство и принцип действия сварочного инверторного аппарата позволяет использовать трансформаторы меньших размеров, нежели сетевые трансформаторы. Современные инверторы для сварки оснащены панелью управления, позволяющей контролировать процессы преобразования тока.

Детально принцип работы сварочного инвертора можно описать по этапам преобразования энергии тока:

1.  Выпрямление переменного сетевого тока 220 В частоты 50 Гц;
2.  Преобразование постоянного тока в переменный частотой до 100 кГц;
3.  Снижение напряжения высокочастотного тока до 70-90 В;
4.  Выпрямление пониженного напряжения с возможностью регулировки тока  на электрической дуге.

Предлагаем посмотреть видео, и закрепить знания по устройству и принципу работы сварочного инвертора

Электрическая дуга

Температуру в тысячи градусов Цельсия обеспечивает электрическая дуга, по сути являющаяся коротким замыканием между двумя электродами, расположенными достаточно близко друг от друга. Напряжение, которое подается на электроды, увеличивается, пока не будет пробоя воздуха, являющегося изолятором.

Пробой — эмиссия электронов катода. Разогреваемые током электроны выходят и направляются к ионизированным атомам анода. Затем появляется разряд, ионизируется воздух зазора, образовывается плазма, снижается сопротивление воздушной прослойки, ток усиливается, дуга разогревается, и став проводником замыкает цепь. Процесс получил название «розжиг» дуги. Стабилизируется дуга путем установления требуемого расстояния между электродами и поддержанием характеристик энергоснабжения.

Как работает основная электронная схема?

Внутреннее устройство сварочного инвертора .

В сетевом выпрямителе электрический ток (220 В) выпрямляется при помощи сильного диодного моста (обычно это диодная сборка), сглаживание пульсаций переменного тока производится за счет электролитических конденсаторов. Т.к. диодный мост при работе сильно нагревается, то его устанавливают на охлаждающие радиаторы. Плюс имеется термопредохранитель, срабатывающий при нагреве диодов более +90°С и защищающий недешевую диодную сборку. Рядом с выпрямительным мостом выделяются своими габаритами электролитические конденсаторы (круглые «бочонки»), емкость которых колеблется в пределах 140-800 мкФ. Дополнительно в сварочный аппарат ставят фильтр, который не допускает возникновения радиопомех.

В схему самого инвертора входят 2 мощных транзистора (чаще MOSFET или IGBT), также устанавливаемые на радиаторы. Эти полупроводники коммутируют ток, проходящий через импульсный трансформатор: при этом частота переключений достигает десятков кГц. В итоге формируется переменный ток большой частоты. Чтобы защитить дорогие транзисторы от выбросов напряжения, применяют защитные цепи, включающие в себя резисторы и конденсаторы небольшой емкости. После того как транзисторы свое «отработали», со вторичной обмотки понижающего трансформатора снимается меньшее напряжение (до 70 В), но ток при этом может быть равен 130-140 и выше ампер.

Электронная схема инверторного сварочного аппарата.

Чтобы на выходе получить постоянное напряжение, используется надежный выходной выпрямитель. Обычно это устройство собирают на основе сдвоенных диодов, имеющих общий катод. Эти приборы отличаются максимальным быстродействием, т.е. быстро открываются и закрываются, при этом время восстановления не превышает 50 наносекунд

Последнее качество очень важно, т.к. эти диоды выпрямляют ток очень высокой частоты: обычные полупроводники с подобной задачей не справились бы, они не успевали бы переключаться

Поэтому при ремонте важно заменять эти диоды на такие же высокочастотные (наиболее распространены приборы типа VS 60CPH03, STTH6003CW, FFH30US30DN), которые должны быть рассчитаны на обратное напряжение 300 В и ток 30 А.

Виды устройств

Сварочные аппараты, работающие за счет действия переменного тока, подразделяются на следующие виды:

• оборудование для ручной электродуговой сварки с помощью отдельных электродов покрытых флюсом;
• оборудование для ручной аргоновой электросварки с помощью неплавящихся электродов из вольфрама;
• полуавтоматическое оборудование, осуществляющее сварку в среде защитного и инертного газа с помощью электродной проволоки;
• .

В международной классификации электродуговая сварка получила обозначение ММА-АС или ММА-DC, в случае ручной электросварки одиночными электродами, а аргоновая сварка с неплавящимися электродами – TIG.

Работа платы управления

Для питания элементов платы применяется стабилизатор напряжения, рассчитанный на 15 В и установленный на теплоотводящий радиатор. Напряжение питания поступает из основного выпрямителя. Одна из функций стабилизатора питания – подача напряжения на реле, обеспечивающее «плавный пуск» устройства. При подаче напряжения начинают заряжаться конденсаторы: при этом напряжение возрастает и, чтобы защитить диодную сборку, применяется схема ограничения, в которую входит мощный (на 8 Вт) резистор. Как только конденсаторы зарядятся, инвертор заработает, реле замкнет свои контакты, и резистор в дальнейшей работе участвовать не будет.

Управление сварочным аппаратом.

Помимо стабилизатора напряжения, в электронной схеме инвертора есть множество других систем, обеспечивающих высокие эксплуатационные качества устройства. Основными из этих электронных блоков является:

1. Система управления и драйверы: здесь главный элемент – микросхема ШИМ-контроллера, которая «занимается» управлением работы мощных транзисторов;
2. Регулировочные и контрольные цепи: основной элемент – трансформатор тока, чья задача заключается в контролировании силы тока выходного трансформатора;
3. Система контроля напряжения питающей сети и тока на выходе: состоит из ОУ (операционного усилителя), собранного на микросхеме (например, LM324). Назначение системы – при необходимости включать аварийную защиту, отслеживать работу и исправность основных элементов электронного блока.

Преимущества и недостатки

Применение постоянного тока позволяет получать шов лучшего качества благодаря тому, что электрическая дуга стабильна. Нет переходов через ноль, как у аппарата переменного тока, поэтому нет брызг.

Возможность использования прямой и обратной полярности позволяет варить нержавеющую сталь, цветные металлы, то есть электродуговая сварка постоянным током имеет более широкий диапазон применения при прочих равных условиях. При использовании инверторов сварочный аппарат получается значительно меньше по габаритам и весу.

Недостатками являются относительно высокая стоимость (по сравнению с аппаратами переменного тока) и чувствительность к пыли. Приходится часто чистить внутренние блоки.