Схема сварочного инвертора в корне отличается от устройства его предшественника – сварочного трансформатора. Основой конструкции прежних сварочных аппаратов был трансформатор понижающего типа, что делало их габаритными и тяжелыми. Современные сварочные инверторы благодаря использованию при их производстве передовых разработок – это легкие и компактные устройства, отличающиеся широкими функциональными возможностями.
Сварочный инвертор без крышки
Основным элементом электрической схемы любого сварочного инвертора является импульсный преобразователь, вырабатывающий ток высокой частоты. Именно благодаря этому использование инвертора дает возможность легко зажигать сварочную дугу и поддерживать ее в стабильном состоянии на всем протяжении сварки. Схема сварочного инвертора в зависимости от модели может иметь определенные особенности, но принцип его работы, который будет рассмотрен ниже, остается неизменным.
Какие виды инверторов представлены на современном рынке
Для определенного типа сварки следует правильно выбирать инверторное оборудование, каждый вид которого обладает специфической электрической схемой и, соответственно, особыми техническими характеристиками и функциональными возможностями.
Инверторы, которые выпускают современные производители, могут одинаково успешно использоваться как на производственных предприятиях, так и в быту. Разработчики постоянно совершенствуют принципиальные электрические схемы инверторных аппаратов, что позволяет наделять их новыми функциями и улучшать их технические характеристики.
Количество разъемов и органов управления на передней панели во многом говорят об возможностях сварочного инвертора
Инверторные устройства в качестве основного оборудования широко используются для выполнения следующих технологических операций:
- электродуговой сварки плавящимся и неплавящимся электродами;
- сварки по полуавтоматической и автоматической технологиям;
- плазменной резки и др.
Кроме того, инверторные аппараты являются наиболее эффективным типом оборудования, которое используется для сварки алюминия, нержавеющей стали и других сложносвариваемых металлов. Сварочные инверторы, вне зависимости от особенностей своей электрической схемы, позволяют получать качественные, надежные и аккуратные сварные швы, выполняемые по любой технологии. При этом, что важно, компактный и не слишком тяжелый инверторный аппарат при необходимости можно в любой момент легко перенести в то место, где будут выполняться сварочные работы.
Мобильность – одно из преимуществ инверторных аппаратов
Что включает в себя конструкция сварочного инвертора
Схема сварочного инвертора, которая определяет его технические характеристики и функциональность, включает в себя такие обязательные элементы, как:
- блок, обеспечивающий электрическим питанием силовую часть устройства (он состоит из выпрямителя, емкостного фильтра и нелинейной зарядной цепи);
- силовая часть, выполненная на базе однотактного конвертора (в данную часть электрической схемы также входят силовой трансформатор, вторичный выпрямитель и выходной дроссель);
- блок питания элементов слаботочной части электрической схемы инверторного аппарата;
- ШИМ-контроллер, который включает в себя трансформатор тока и датчик тока нагрузки;
- блок, отвечающий за термозащиту и управление охлаждающими вентиляторами (в данный блок принципиальной схемы входят вентиляторы инвертора и температурные датчики);
- органы управления и индикации.
Инструменты, необходимые для изготовления инвертора
Чтобы собрать сварочный инвертор из блока питания своими руками, понадобятся следующие инструменты:
Схема обратной связи по напряжению TL494 в компьютерном блоке питания.
- паяльник;
- отвертки с разными наконечниками;
- плоскогубцы;
- кусачки;
- дрель или шуруповерт;
- крокодилы;
- провода необходимого сечения;
- тестер;
- мультиметр;
- расходные материалы (провода, припой для пайки, изолента, шурупы и другие).
Чтобы создать сварочный аппарат из компьютерного блока питания, необходимы материалы для создания печатной платы, гетинакс, запасные элементы. Чтобы уменьшить количество работы, стоит обратиться в магазин за готовыми держателями для электродов. Однако можно сделать их и самостоятельно, припаяв крокодилы к проводам необходимого диаметра. При этой работе важно соблюдать полярность.
Как работает сварочный инвертор
Формирование тока большой силы, при помощи которого создается электрическая дуга для расплавления кромок соединяемых деталей и присадочного материала, – это то, для чего предназначен любой сварочный аппарат. Для этих же целей необходим и инверторный аппарат, позволяющий формировать сварочный ток с большим диапазоном характеристик.
В наиболее простом изложении принцип работы инвертора выглядит так.
- Переменный ток с частотой 50 Гц из обычной электрической сети поступает на выпрямитель, где происходит его преобразование в постоянный.
- После выпрямителя постоянный ток сглаживается при помощи специального фильтра.
- Из фильтра постоянный ток поступает непосредственно на инвертор, в задачу которого входит опять преобразовать его в переменный, но уже с более высокой частотой.
- После этого при помощи трансформатора понижают напряжение переменного высокочастотного тока, что дает возможность увеличить его силу.
Блок-схема сварочного аппарата инверторного типа
Для того чтобы понять, какое значение имеет каждый элемент принципиальной электрической схемы инверторного аппарата, стоит рассмотреть его работу подробнее.
Ремонт или доработка устройства скорости подачи электродной проволоки
Практически все сварочные полуавтоматы любого типа отличаются низкой надежностью механизма подачи проволоки. Именно данное место является наиболее уязвимым в их конструкции. Оно же приводит и к частым поломкам агрегата.
Выход из строя указанного узла может либо нарушить качество работы прибора, либо привести к более серьезным проблемам в его работе.
Особенности устройства полуавтоматического сварочника.
В первом случае можно обойтись банальной заменой проволоки. Однако драгоценное время все равно будет потрачено на зачистку контактной зоны насадки, из-за фиксации проволоки во время подачи.
Возникновение неисправностей, в первую очередь, свидетельствует о нарушении скорости подачи. Выходом из сложившейся ситуации будет доработка данного механизма.
Если же было принято решение сделать полуавтомат самостоятельно из инвертора своими руками, то механизм подачи сварочной проволоки тоже может быть изготовлен собственноручно.
В указанных целях нам понадобятся два подшипника. Еще одной необходимой деталью является электрический двигатель небольших габаритов.
На вал электрического моторчика следует установить ролик. Радиус данной детали составляет около 12.5 миллиметров. Подшипники устанавливаются на металлических пластинах. Именно между пластинами и располагается электродвигатель.
Сбору указанного механизма следует осуществлять на текстолитовой плите толщиной около пяти миллиметров. На ней же устанавливается и бобина со сварочной проволокой.
В случае правильной сборки и отсутствия каких-либо ошибок, самодельный прибор прослужит достаточно долго.
Процессы, протекающие в электрической схеме сварочного инвертора
Схема сварочного аппарата инверторного типа позволяет увеличивать частоту тока со стандартных 50 Гц до 60–80 кГц. Благодаря тому, что на выходе такого устройства регулировке подвергается высокочастотный ток, для этого можно эффективно использовать компактные трансформаторы. Увеличение частоты тока происходит в той части электрической схемы инвертора, где расположен контур с мощными силовыми транзисторами. Как известно, на транзисторы подается только постоянный ток, для чего и необходим выпрямитель на входе аппарата.
Принципиальная схема заводского сварочного инвертора «Ресанта» (нажмите, чтобы увеличить)
Схема инвертора от немецкого производителя FUBAG с рядом дополнительных функций (нажмите, чтобы увеличить)
Пример принципиальной электрической схемы сварочного инвертора для самостоятельного изготовления (нажмите, чтобы увеличить)
Принципиальная электрическая схема инверторного устройства состоит из двух основных частей: силового участка и цепи управления. Первым элементом силового участка схемы является диодный мост. Задача такого моста как раз и состоит в том, чтобы преобразовать переменный ток в постоянный.
В постоянном токе, преобразованном из переменного в диодном мосту, могут возникать импульсы, которые необходимо сглаживать. Для этого после диодного моста устанавливается фильтр, состоящий из конденсаторов преимущественно электролитического типа. Важно знать, что напряжение, которое выходит из диодного моста, примерно в 1,4 раза больше, чем его значение на входе. Диоды выпрямителя при преобразовании переменного тока в постоянный очень сильно нагреваются, что может серьезно сказаться на их работоспособности.
Компоненты сварочного инвертора на примере самодельного аппарата
Чтобы защитить их, а также другие элементы выпрямителя от перегрева, в данной части электрической схемы используют радиаторы. Кроме того, на сам диодный мост устанавливается термопредохранитель, в задачу которого входит отключение электропитания в том случае, если диодный мост нагрелся до температуры, превышающей 80–90 градусов.
Высокочастотные помехи, создаваемые при работе инверторного устройства, могут через его вход попасть в электрическую сеть. Чтобы этого не произошло, перед выпрямительным блоком схемы устанавливается фильтр электромагнитной совместимости. Состоит такой фильтр из дросселя и нескольких конденсаторов.
Блок питания инвертора
Сам инвертор, который преобразует уже постоянный ток в переменный, но обладающий значительно более высокой частотой, собирается из транзисторов по схеме «косой мост». Частота переключения транзисторов, за счет которых и происходит формирование переменного тока, может составлять десятки или сотни килогерц. Полученный таким образом высокочастотный переменный ток имеет амплитуду прямоугольной формы.
Получить на выходе устройства ток достаточной силы для того, чтобы можно было с его помощью эффективно выполнять сварочные работы, позволяет понижающий напряжение трансформатор, установленный за инверторным блоком. Для того чтобы получить с помощью инверторного аппарата постоянный ток, после понижающего трансформатора подключают мощный выпрямитель, также собранный на диодном мосту.
Транзисторы для силового модуля сварочного инвертора
Принцип работы сварочного полуавтомата
Суть работы данного агрегата сводится к следующему принципу: на выпрямитель подается ток, в результате чего появляется пульсирующее напряжение, сглаживающееся фильтром. В результате указанных процессов на выходе получается постоянный ток.
Затем, с помощью специальных транзисторов, постоянный ток обратно преобразуется в переменный. Однако его частота уже отличается от исходной, соответствующей сетевой. Обычно ее величина составляет двадцать герц и выше.
Напряжение в это же время становится меньшим и составляет 70-90 В, а сила тока возрастает вплоть до двухсот ампер.
Исходя из описанных выше параметров, становится ясно: самодельные сварочные полуавтоматы способны обеспечить такие же характеристики, как большая часть других аналогичных устройств.
С другой стороны подобные агрегаты не лишены и недостатков. В их конструкции предусмотрено наличие сложных электросхем, а значит ремонт данных приборов более сложен.
Полуавтомат для сварочных работ.
Если было принято решение сделать сварочный полуавтомат своими руками, тогда следует, в первую очередь, определиться с некоторыми его функциями. Например, существенным фактором будет наличие или отсутствие возможности работы в среде защитных газов.
Современные приборы располагают данной функцией и обеспечивают работу в режиме MMA. Конечно же, сваривание в отсутствии защитной атмосферы будет обладать более низким качеством.
Работа полуавтомата подразумевает под собой использование защитной атмосферы, в роли которой используется углекислый газ. Также понадобится сварочная проволока, автоматически подаваемая в область сварки.
Как видно, процесс работы полуавтомата существенно сложнее инвертора. Зато первый является более универсальным и позволяет решать более широкий спектр задач. В связи со всем вышесказанным, переделка сварочного инвертора в полуавтомат весьма выгодная и актуальная затея.
Элементы защиты инвертора и управления им
Избежать влияния негативных факторов на работу инвертора позволяют несколько элементов в его принципиальной электрической схеме.
Для того чтобы транзисторы, которые преобразуют постоянный ток в переменный, не сгорели в процессе своей работы, используются специальные демпфирующие (RC) цепи. Все блоки электрической схемы, которые работают под большой нагрузкой и сильно нагреваются, не только обеспечены принудительным охлаждением, но также подключены к термодатчикам, отключающим их питание в том случае, если температура их нагрева превысила критическое значение.
Радиаторы и вентиляторы системы охлаждения занимают значительное пространство внутри инвертора
Из-за того, что конденсаторы фильтра после своей зарядки могут выдавать ток большой силы, который в состоянии сжечь транзисторы инвертора, аппарату необходимо обеспечить плавный пуск. Для этого используют стабилизаторные устройства.
В схеме любого инвертора имеется ШИМ-контроллер, который отвечает за управление всеми элементами его электрической схемы. От ШИМ-контроллера электрические сигналы поступают на полевой транзистор, а от него – на разделительный трансформатор, имеющий одновременно две выходные обмотки. ШИМ-контроллер посредством других элементов электрической схемы также подает управляющие сигналы на силовые диоды и силовые транзисторы инверторного блока. Для того чтобы контроллер мог эффективно управлять всеми элементами электрической схемы инвертора, на него также необходимо подавать электрические сигналы.
Для выработки таких сигналов используется операционный усилитель, на вход которого подается формируемый в инверторе выходной ток. При расхождении значений последнего с заданными параметрами операционный усилитель и формирует управляющий сигнал на контроллер. Кроме того, на операционный усилитель поступают сигналы от всех защитных контуров. Это необходимо для того, чтобы он смог отключить инвертор от электропитания в тот момент, когда в его электрической схеме возникнет критическая ситуация.
Достоинства и недостатки сварочных аппаратов инверторного типа
Инверторные сварочные аппараты, которые пришли на смену привычным всем трансформаторам, обладают рядом весомых преимуществ.
- Благодаря совершенно иному подходу к формированию и регулированию сварочного тока масса таких устройств составляет всего 5–12 кг, в то время как сварочные трансформаторы весят 18–35 кг.
- Инверторы обладают очень высоким КПД (порядка 90%). Это объясняется тем, что в них расходуется значительно меньше лишней энергии на нагрев составных частей. Сварочные трансформаторы, в отличие от инверторных устройств, очень сильно греются.
- Инверторы благодаря такому высокому КПД потребляют в 2 раза меньше электрической энергии, чем обычные трансформаторы для сварки.
- Высокая универсальность инверторных аппаратов объясняется возможностью регулировать с их помощью сварочный ток в широких пределах. Благодаря этому одно и то же устройство можно использовать для сварки деталей из разных металлов, а также для ее выполнения по разным технологиям.
- Большинство современных моделей инверторов наделены опциями, которые минимизируют влияние ошибок сварщика на технологический процесс. К таким опциям, в частности, относятся «Антизалипание» и «Форсирование дуги» (быстрый розжиг).
- Исключительная стабильность напряжения, подаваемого на сварочную дугу, обеспечивается за счет автоматических элементов электрической схемы инвертора. Автоматика в данном случае не только учитывает и сглаживает перепады входного напряжения, но и корректирует даже такие помехи, как затухание сварочной дуги из-за сильного ветра.
- Сварка с использованием инверторного оборудования может выполняться электродами любого типа.
- Некоторые модели современных сварочных инверторов имеют функцию программирования, что позволяет точно и оперативно настраивать их режимы при выполнении работ определенного типа.
Как у любых сложных технических устройств, у сварочных инверторов есть и ряд недостатков, о которых также необходимо знать.
- Инверторы отличаются высокой стоимостью, на 20–50% превышающей стоимость обычных сварочных трансформаторов.
- Наиболее уязвимыми и часто выходящими из строя элементами инверторных устройств являются транзисторы, стоимость которых может составлять до 60% цены всего аппарата. Соответственно, ремонт сварочного инвертора является достаточно дорогостоящим мероприятием.
- Инверторы из-за сложности их принципиальной электрической схемы не рекомендуется использовать в плохих погодных условиях и при отрицательных температурах, что серьезно ограничивает область их применения. Для того чтобы применять такое устройство в полевых условиях, необходимо подготовить специальную закрытую и отапливаемую площадку.
При сварочных работах, выполняемых с использованием инвертора, нельзя использовать длинные провода, так как в них наводятся помехи, отрицательно отражающиеся на работе устройства. По этой причине провода для инверторов делают достаточно короткими (порядка 2 метров), что вносит в сварочные работы некоторое неудобство.
Как пользоваться самодельным аппаратом
После включения в цепь самодельного аппарата, контроллер в автоматическом режиме задаст определенную силу тока. При напряжении провода менее 100 Вольт, то это говорит о неисправности устройства. Придется разобрать аппарат и снова повторно провести проверку правильности сборки.
С помощью такого вида сварочных аппаратов можно осуществлять спайку не только черных, но и цветных металлов. Для того чтобы собрать сварочный аппарат, потребуется не только владение основами электротехники, но и свободное время для реализации задумки.
Инверторная сварка — незаменимая вещь в гараже у любого хозяина, поэтому если вы еще не обзавелись таким инструментом, то вы можете сделать его самостоятельно.
Характеристики большинства бюджетных инверторов нельзя назвать выдающимися, в то же время мало кто откажется от удовольствия использовать оборудование со значительным запасом надёжности. Между тем существует немало способов усовершенствовать недорогой сварочный инвертор.
