Как устроен инверторный сварочный аппарат

Нередко при работе с инверторным сварочным аппаратом возникают сложности подключения к электросети. Решить эту проблему можно, используя автономный электрогенератор. Но как правильно подобрать генератор к конкретному инвертору, и какие характеристики следует учесть?

Принцип работы + (Видео)

Мы знаем, что при контакте сварочного электрода с противоположным контактом возникает электрическая дуга. Дуга, в зависимости от величины тока, может сваривать металлические детали или резать. Этот принцип не претерпел изменений. Изменился только подход к организации дуги, управления дугой и повышения качества сварки.

Принцип работы + (Видео)

Получить электрическую дугу несложно, если взять понижающий трансформатор большой мощности и использовать ток вторичной обмотки. Но огромные трансформаторы, особенно для профессиональной сварки, давно морально устарели.

Принцип работы + (Видео)

На смену надежному работяге пришли инверторные сварочные аппараты. Выигрыш инверторного типа заключается в многократном преобразовании электроэнергии. Сначала ток сети выпрямляется и фильтрами сглаживаются остатки синусоиды. Выпрямленный и сглаженный ток поступает в преобразователь, где его частота повышается до 20 – 50 кГц.

Принцип работы + (Видео)

Выигрыш в том, что при трансформации высокочастотного напряжения коэффициент трансформации намного выше. Не меняя принципа трансформатора, мы получаем на выходе ток до нескольких сотен ампер. Затем он проходит через силовой выпрямитель и в таком виде подается на сварочный электрод.

Принцип работы + (Видео)

Но и это еще не все. С помощью преобразователя напряжения мы получили дополнительную возможность управлять силой тока в определенных моментах работы. Причем это выполняется автоматически. Вручную мы только подбираем величину тока в зависимости от толщины металла и выбранного электрода.

Принцип работы + (Видео)

На нынешнем этапе производства инверторных сварочных аппаратов различия заключаются в наличии заложенных функциональных особенностей. От этих особенностей зависит работоспособность аппарата и его номинальная стоимость.

Принцип работы + (Видео)

Принцип работы + (Видео)

Особенности проведения сварочных работ на даче

Перед тем как приобретать сварочный аппарат для дачи или дома, нужно предусмотреть все факторы, влияющие на его эксплуатацию в таких условиях, в частности:

  • с какими материалами чаще всего вы будете работать;
  • какие объемы будут иметь обрабатываемые объекты.

Для дома лучше всего приобретать сварочный аппарат, имеющий резервную мощность до 30 процентов, так он не выйдет из строя и не перегреется. А если вы планируете выполнять сварочные работы с объемными изделиями, то выбирайте аппараты с высоким выходным током. Аналогичные требования предъявляются и к устройствам, работающим с толстыми заготовками из металла.

С учетом отечественного климата, лучше всего для дачи выбирать тот аппарат, который будет нормально работать при температуре от ноля градусов и ниже. Также обязательно уточняйте, надежен ли аппарат при регламентном техническом обслуживании или ремонте.

Независимо от того, что вы выбираете, компактный инвертор или габаритный трансформатор, выбор должен зависеть от трех факторов:

  • условий работы;
  • качества и характера электроснабжения на месте проведения сварочных работ;
  • ожидаемого режима сварочных процессов.

Обязательно определитесь с тем, будете ли вы проводить сварочные работы на улице на большой открытой площадке, или же в закрытом помещении, будет ли при этом доступ к электроэнергии затрудненным или нет.

Также при выборе сварочного аппарата учитывайте и качество энергоснабжения выбранного участка, уточните, есть ли гарантия, что электросеть защищена от перепадов напряжения, учтите и количество фаз, которые подведены к объекту инфраструктуры.

Если с электропитанием у вас на даче или в доме проблем нет, при частоте в 50 Гц есть показатель в 220 или 380 В, то лучше всего выбирать инвертор, поскольку он более защищен от перегрева за счет присутствия автоматической защитной системы.

Что касается режимов сварки, то тут выбор зависит от сложности выполняемых работ и их частоты. Когда вы планируете работать с аппаратом не слишком часто, и сваривать планируете мелкие металлоконструкции на основе черных металлов с толщиной менее 5 мм, то вам достаточно прибора на 50 А. А если вы будете работать с габаритными чугунными или стальными конструкциями, тогда выбирайте трехфазный прибор.

Выгодные услуги

Нередко владельцам частных домов и дач кажется, что сделать все самостоятельно будет гораздо выгоднее, но это далеко не всегда так. Сварочные услуги требуются на участке несколько раз в году в лучшем случае, а иногда и гораздо реже. Покупать ради этого дорогостоящую аппаратуру, расходные материалы слишком дорого, а недорогие приоры не способны сделать качественный шов на месте соединения. В то же время услуги сварщика стоят совсем не дорого, даже с выездом на место. К примеру, сделать теплицу самостоятельно гораздо дешевле, чем купить готовую, а чтобы она простояла долгие годы на участке, потребуется качественно и надежно сварить каждый металлический элемент. Ремонт металлических конструкций при помощи сварки – это отличный способ существенно продлить их срок службы и даже модернизировать некоторые элементы без лишних затрат.

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

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

Принципиальная схема инверторного сварочного аппарата РЕСАНТА САИ 140

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

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

Первичный выпрямитель и конденсаторный фильтр

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

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

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

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

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

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

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

Инвертор

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

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

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

G30N60 — биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBTs).

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

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

Выпрямление и стабилизация

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

Выходное преобразование напряжения перед подачей на электрод

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

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

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

Читайте также:  Как рассчитать и сделать лестницу из профильной трубы самостоятельно

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

Какой генератор подойдет для работы сварочного инвертора — расчет характеристик

Нередко при работе с инверторным сварочным аппаратом возникают сложности подключения к электросети. Решить эту проблему можно, используя автономный электрогенератор. Но как правильно подобрать генератор к конкретному инвертору, и какие характеристики следует учесть?

Параметры генератора

Частой ошибкой при выборе электрогенератора является неправильный подбор номинальной мощности. Анализируя отзывы, можно часто встретить проблему отключения станции из-за превышения нагрузки. Помимо этого нестабильная работа сказывается на качестве сварки и безремонтном сроке инвертора.

Для минимизации этих проблем рекомендуется перед приобретением ознакомиться с основными параметрами автономной станции электроснабжения.

К ним относятся следующие характеристики:

  • Номинальная мощность, кВт или кВА.
  • Кратковременная резервная мощность.
  • Количество фаз.
  • Напряжение, В.

Эти характеристики должны соответствовать аналогичным параметрам инверторного сварочного аппарата. Однако кроме них следует учитывать специфику работы каждой модели. Прежде всего – стабильность генерируемой мощности. Именно эта характеристика напрямую будет влиять на качество работы инвертора. Для определения оптимального значения необходимо выполнить ряд вычислений.

Расчет характеристик

Существует два варианта подбора оборудования – инвертор для генератора или наоборот. Самый распространенный второй, хотя первый не исключается. Итак, перед приобретением оптимальной модели выполняются расчеты ее мощности в соответствии с паспортными данными инвертора.

Определяющими из них является ток сварки.  Для небольших объемов работ достаточно приобрести аппарат с максимальным значением 160 А.  Эта цифра нужна будет для расчета мощности будущего генератора.

Какой генератор подойдет для работы сварочного инвертора — расчет характеристик

Чтобы вычислить данный параметр, потребуются следующие величины:

  • Напряжение дуги. Чаще всего оно равно 25 В.
  • КПД аппарата. Не превышает 0,85.

Для расчета мощности необходимо воспользоваться формулой:

Однако аппарат будет работать в таком режиме крайне редко. Чаще всего диапазон сварочного тока варьируется от 80 до 110 А. Для того, чтобы не делать вычисления для каждого из возможных режимов, можно применить коэффициент «Продолжительность включения». Обычно он составляет 40%. Т.е. номинальная мощность инвертора составит:

Лучше всего выбирать генератор, у которого кратковременная резервная мощность превышает номинальную сварочного аппарата на 25-35%. Для рассматриваемого примера этот параметр составит:

Округляя в большую сторону получим значение 3 кВт. Но не всегда производители указывают мощность КВт. В бюджетных моделях можно встретить определение кВА. Несмотря на кажущуюся идентичность, эти величины не равны друг другу. Для правильного расчета оптимальной мощности генератора следует применить понижающий коэффициент. Обычно он составляет 0,6-0,7. Для генератора 3 кВА фактическое значение будет равно:

Этого явно будет недостаточно для работы инвертора. Поэтому нужно выбрать станцию с другими, более высокими параметрами.

Советы

Что еще нужно предусмотреть при работе инвертора от электрогенератора? Прежде всего – наличие полезной нагрузки. Сварка происходит не все время, т.е. в периоды отсутствия дуги нагрузка на генератор будет минимальной. Это приведет к автоматическому отключению станции. Поэтому желательно подключить дополнительный прибор с номинальным потреблением 0,8-1 кВт для стабильной работы.

Если же планируется приобретение всего комплекса оборудования – можно рассмотреть вариант покупки автономной станции с функцией сварки. Это даст возможность выполнять работы без подключения нескольких приборов в общую сеть. Однако такие модели имеют один существенный недостаток — высокую стоимость. В среднем она составляет 70-80 тыс. рублей. Поэтому чаще всего останавливают выбор на приобретении 2-х устройств.

Согласование бензогенератора и инвертора

Для обеспечения работы с оптимальными сварочными режимами нужно, прежде всего, согласовать по параметрам бензогенератор и сварочный инвертор. Это достигается несколькими способами и один из них заключается в простом сложении мощности инвертора и 30%−40% запаса. Этот способ позволяет обеспечить бесперебойную сварку, но является дорогим решением потому, что в этом случае придётся покупать заведомо недешёвый и тяжёлый бензоагрегат. Чтобы не переплачивать и обеспечить большую мобильность следует учесть несколько факторов, а именно:

  • длина кабеля, соединяющего инвертор и генератор, не должна превышать 10−15 метров, что позволит избежать потерь;
  • для выбора генератора следует принимать во внимание среднюю потребляемую инвертором мощность;
  • современные инверторы имеют функции горячего старта и регулировку тока, поэтому в расчётах необходимо соотносить потребление тока в момент пиковой нагрузки и максимальную мощность бензогенератора.

Например, мы рассматривали генератор, мощность которого 4 кВА, умножаем эту величину на КПД сварочного аппарата, у инверторов 0,8 и делим на напряжение дуги, пусть 25 В. Получаем ток 128 А, который допускает уверенную сварку электродом 3 мм. Есть упрощённый метод согласования максимальной нагрузки на генератор и толщины электродов, а значит и свариваемых заготовок. Он состоит в следующем:

Согласование бензогенератора и инвертора
  • диаметр электрода до 2 мм, требует максимальной мощности генератора 3 кВА;
  • при диаметре 3 мм необходим генератор мощностью 4,5 кВА;
  • для электрода 4 мм нужен бензоагрегат с максимальным показателем 5,6 кВА;
  • использование 5мм электрода подразумевает мощность 6,9 кВА.

Эти данные завышены, поскольку рассчитываются для пиковых нагрузок на генератор при максимальном потреблении инвертора.

Для более точного расчёта необходима консультация специалиста, чтобы не допустить ошибки при покупке дорогостоящего оборудования.

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.

Сварочный инвертор

Отвечая на вопрос – «какой сварочный аппарат выбрать для своего дома?» многие останавливают свой взгляд на инверторах, после того, когда хотя бы раз поработают с ним. После трансформаторов, выпрямителей работа на таком совершенном оборудовании доставляет радость.

Сварочный инвертор
Сварочный инвертор
Сварочный инвертор

С помощью сварочного инвертора можно выполнить весь спектр сварочных работ – MMA, TIG, MIG/MAG. В плане функциональности он незаменим

Сварочный инвертор
Сварочный инвертор
Сварочный инвертор
Сварочный инвертор
Сварочный инвертор
Сварочный инвертор

Производители предлагают инверторы для таких сварочных работ:

Сварочный инвертор
Сварочный инвертор
Сварочный инвертор
  • Ручная дуговая;
  • Аргонно-дуговая (используется неплавящийся электрод);
  • Полуавтоматическая, в различных режимах и среде;
  • Воздушно-плазменная.
Сварочный инвертор
Сварочный инвертор
Сварочный инвертор
Сварочный инвертор
Сварочный инвертор
Сварочный инвертор

В инверторах предусмотрена система охлаждения, радиаторы которой занимают значительную часть в их конструкции.

Сварочный инвертор
Сварочный инвертор
Сварочный инвертор

Возможные проблемы

Часто возникающие проблемы:

  • Аппарат выключился во время сварки – на современных платах стоят температурные датчики, которые отключают питание. Часто на панели загорается индикатор с графическим символом «Термометр». В таких случаях не нужно отключать аппарат. Вентилятор поможет быстрее охладить внутреннюю часть.
  • Во время сварки РДС электрод всё время прилипает – в сети низкое напряжение, его не хватает для работы. Нужно отключить все лишние электроприборы, уменьшить силу тока на инверторе, взять электроды меньшего диаметра.
  • При сварке инвертором-полуавтоматом или АДС появляются поры. Или вольфрам не возбуждает дугу – малое давление газа. Нужно чтобы поток углекислоты или аргона обдувал зону сварки. Оптимальное давление – 1-1,5 кг/кв. см. Для сварки алюминия иногда требуется чуть больше.
  • От корпуса аппарата бьёт током – такое часто случается на улице при большой влажности. Нужно заземлить аппарат или работать на резиновом коврике.

Если из вентиляционных щелей пошёл дым или вырвались искры, то нужно отключить питание и отвезти инвертор в сервисный центр.

Выбор сварочного инвертора зависит от того, какие работы придётся выполнять в будущем.

Изучите все возможные проблемы, которые могут возникнуть при работе со сварочным аппаратом

Также имеет значение:

Для частых и разнообразных работ лучше покупать профессиональное оборудование.

  • Выбор аккумуляторных ножниц для травы. Плюсы и минусы, обзор моделей
  • Дровокол своими руками. Виды устройств и инструкции
  • Плоскорез Фокина: необычное изобретение обычного огородника
  • Какой бензин использовать для бензопилы? Как разводить?