Tehnik-ast.ru

Электро Техник
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.

Читайте так же:
Какой фирмы дифавтомат лучше

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.

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».

Читайте так же:
Бензиновые измельчители веток и травы

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?

Подключение сварочного инвертора к бытовой сети

Сварочный аппарат бытового класса сейчас есть в арсенале у многих хозяев, которым приходится часто сталкиваться с работами по сварке листового металла, арматуры и прочих изделий. И часто владельцы таких устройств задаются вопросом: как правильно выполнить подключение сварочного инвертора к бытовой сети?

В основном, опасения касаются пожарной безопасности, ведь если сварочный инвертор включить в розетку, то старая проводка может просто не выдержать силы тока, возникающей при зажигании электрической дуги. Здесь следует особо отметить, что указанная на аппарате рабочая сила тока гораздо ниже того значения, которое может появляться в момент касания электродом металла, ведь в этот момент возникает, по сути, короткое замыкание, при котором сила тока скачкообразно вырастает в разы.

В большинстве современных построек проводка и предохранители рассчитаны на силу тока в 16 А или даже 20 А, но в домах старой застройки использовались провода меньшего сечения и мощности – до 10 А. Как раз здесь возникают проблемы. При наличии предохранителя на 10А, он будет выключать подачу электричества, а заменив его предохранителем большей мощности или «жучком», вы рискуете сжечь проводку и вызвать пожар.

Но, при наличии 16-амперной проводки, тоже возникают проблемы, если включить сварочный инвертор в розетку. Очень часто пластмассовые розетки плавятся, контакты вилки пригорают к разъемам, удлинители дымят и горят. Этих проблем можно избежать, если подойти к вопросу с пониманием.

Во-первых, обратите внимание на вилку сварочного инвертора – она должна иметь толстые контакты, предназначенные для «евророзеток». Встречаются «умельцы», меняющие вилку на сварочном аппарате, потому, что в доме нет подходящего разъема. Этого делать не следует ни в коем случае, ведь именно тонкие контакты нагреваются до такой степени, что начинают плавиться или пригорать.

Уменьшить силу тока можно переходом на более тонкий электрод, например, или регулировками самого инвертора. Но иногда даже с использованием электродов в 1,5-2 мм возникают проблемы с нагревом удлинителей. В этом случае следует правильно подобрать толщину кабелей, которая будет соответствовать возникающей нагрузке.

Если необходим удлинитель, то для него чаще всего используется медный многожильный провод марки КГ. Диаметр сечения подбирается соответственно мощности сварочного инвертора, с запасом 20-30%. Для трансформаторных аппаратов запас мощности должен быть больше.

Как узнать потребление сварочного инвертора, его реальную мощность? Для этого можно заглянуть в инструкцию, но не все ее сохраняют, да и не всегда там напишут правду. Поэтому рассчитывать мощность инверторной сварки приходится самостоятельно. Формула расчета очень проста – для этого нужно умножить ампераж на рабочее напряжение. Обычно на самом инверторе производителем размещается табличка, в которой можно найти графу U2 – рабочее напряжение. Например, при 200 А оно равно 28 В. Перемножив величины, вы получите 5600 Вт.

И напоследок, обрадуем владельцев современных жилищ с электрообогревателями, электроплитами и прочими мощными приборами – под эти потребности обычно прокладывается мощная проводка в 20-25 А и устанавливаются специальные «силовые» розетки. Если ваш сварочный аппарат по мощности не превышает плиту, то вы можете смело использовать эти розетки без опасений устроить пожар.

Устройство и принцип работы сварочного инвертора


9727

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.

Читайте так же:
Как настроить канал интер на спутниковом тюнере

Внешний вид сварочного инвертора

Внешний вид сварочного инвертора

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.

Схема работы сварочного инвертора

Схема работы сварочного инвертора

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

Схема сварочного инвертора

Схема сварочного 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.

Сварочный инвертор без корпуса

Сварочный инвертор без корпуса

Режимы

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

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.

Читайте так же:
Как посчитать сечение кабеля по диаметру жилы

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.

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.

Читайте так же:
Как покрыть металл цинком

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