Неисправности и методика ремонта инверторных сварочных аппаратов своими руками

Все большую популярность среди мастеров сварщиков завоевывают инверторные сварочные аппараты благодаря своим компактным размерам, небольшой массе и приемлемым ценам. Как и любое другое оборудование, данные аппараты могут выходить из строя по причине неправильной эксплуатации или из-за конструктивных недоработок. В некоторых случаях ремонт инверторных сварочных аппаратов можно провести самостоятельно, изучив устройство инвертора, но существуют поломки, которые устраняются только в сервисном центре.

Устройство сварочного инвертора

Сварочные инверторы в зависимости от моделей работают как от бытовой электрической сети (220 В), так и от трехфазной (380 В). Единственное, что нужно учитывать при подключении аппарата к бытовой сети – это его потребляемая мощность. Если она превышает возможности электропроводки, то работать агрегат при просаженной сети не будет.

Итак, в устройство инверторного сварочного аппарата входят следующие основные модули.

Первичный выпрямительный блок. Этот блок, состоящий из диодного моста, размещен на входе всей электрической цепи аппарата. Именно на него подается переменное напряжение из электросети. Чтобы снизить нагревание выпрямителя, к нему прикреплен радиатор. Последний охлаждается вентилятором (приточным), установленным внутри корпуса агрегата. Также диодный мост имеет защиту от перегрева. Реализована она с помощью термодатчика, который при достижении диодами температуры 90° разрывает цепь.
Конденсаторный фильтр. Подсоединяется параллельно к диодному мосту для сглаживания пульсаций переменного тока и содержит 2 конденсатора. Каждый электролит имеет запас по напряжению не менее 400 В, и по емкости от 470 мкФ для каждого конденсатора.
Фильтр для подавления помех. Во время процессов преобразования тока в инверторе возникают электромагнитные помехи, которые могут нарушать работу других приборов, подключенных к данной электрической сети. Чтобы убрать помехи, перед выпрямителем устанавливают фильтр.
Инвертор. Отвечает за преобразование переменного напряжения в постоянное. Преобразователи, работающие в инверторах, могут быть двух типов: двухтактные полумостовые и полные мостовые. Ниже приведена схема полумостового преобразователя, имеющего 2 транзисторных ключа, на основе устройств серий MOSFET или IGBT, которые чаще всего можно увидеть на инверторных аппаратах средней ценовой категории.

Схема же полного мостового преобразователя является более сложной и включает в себя уже 4 транзистора. Данные типы преобразователей устанавливают на самых мощных аппаратах для сварки и соответственно — на самых дорогостоящих.
Читайте также: 12. Дополнительные требования промышленной безопасности к освидетельствованию и эксплуатации баллонов
Так же, как и диоды, транзисторы устанавливаются на радиаторы для лучшего отвода от них тепла. Чтобы защитить транзисторный блок от всплесков напряжения, перед ним устанавливается RC-фильтр.
Высокочастотный трансформатор. Устанавливается после инвертора и понижает высокочастотное напряжение до 60-70 В. Благодаря включению в конструкцию данного модуля ферритового магнитопровода, появилась возможность снизить вес и уменьшить габариты трансформатора, а также уменьшить потери мощности и повысить КПД оборудования в целом. К примеру, вес трансформатора, имеющего железный магнитопровод и способного обеспечивать ток в 160 А, будет около 18 кг. Но трансформатор с ферритовым магнитопроводом при тех же характеристиках тока будет иметь массу около 0,3 кг.
Вторичный выходной выпрямитель. Состоит из моста, в составе которого находятся специальные диоды, с большой скоростью реагирующие на высокочастотный ток (открытие, закрытие и восстановление занимает около 50 наносекунд), на что не способны обычные диоды. Мост оборудован радиаторами, предотвращающими его перегрев. Также выпрямитель имеет защиту от скачков напряжения, реализованную в виде RC-фильтра. На выходе модуля размещаются две медных клеммы, обеспечивающих надежное подключение к ним силового кабеля и кабеля массы.
Плата управления. Управлением всеми операциями инвертора занимается микропроцессор, который получает информацию и контролирует работу аппарата с помощью различных датчиков, расположенных практически во всех узлах агрегата. Благодаря микропроцессорному управлению, подбираются идеальные параметры тока для сварки разного рода металлов. Также электронное управление позволяет экономить электроэнергию за счет подачи точно рассчитанных и дозированных нагрузок.
Реле плавного пуска. Чтобы во время пуска инвертора не перегорели диоды выпрямителя от высокого тока заряженных конденсаторов, применяется реле плавного пуска.

Улучшение теплоотвода

Первый недостаток, которым грешит подавляющее большинство недорогих инверторных аппаратов — плохая схема отвода тепла с силовых ключей и выпрямительных диодов. Начинать доработку в этом направлении лучше с увеличения интенсивности принудительного обдува. Как правило, в сварочных аппаратах устанавливают корпусные вентиляторы с питанием от служебных цепей напряжением 12 В. В «компактных» моделях принудительное воздушное охлаждение может вовсе отсутствовать, что для электротехники такого класса, безусловно, нонсенс.

Достаточно просто увеличить воздушный поток путём установки нескольких таких вентиляторов последовательно. Проблема в том, что «родной» кулер скорее всего придётся снять. Чтобы эффективно работать в последовательной сборке, вентиляторы должны иметь идентичную форму и число лопастей, а также скорость вращения. Собрать одинаковые кулеры в «стопку» крайне просто, достаточно стянуть их парой длинных болтов по диаметрально противоположным угловым отверстиям. Также не стоит беспокоиться о мощности источника служебного питания, как правило её достаточно для установки 3–4 вентиляторов.

Если внутри корпуса инвертора недостаточно места для установки вентиляторов, можно приладить снаружи один высоко. Его установка проще по той причине, что не требуется подключение к внутренним цепям, питание снимается с клемм кнопки включения. Вентилятор, разумеется, должен устанавливаться напротив вентиляционных жалюзеек, часть которых можно вырезать, чтобы снизить аэродинамическое сопротивление. Оптимальное направление потока воздуха — на вытяжку из корпуса.

Второй способ улучшить теплоотвод — замена штатных алюминиевых радиаторов на более производительные. Новый радиатор нужно выбирать с наибольшим количеством как можно более тонких рёбер, то есть с наибольшей площадью контакта с воздухом. Оптимально в этих целях использовать радиаторы охлаждения компьютерных ЦП. Процесс замены радиаторов довольно прост, достаточно соблюдать несколько простых правил:

Если штатный радиатор изолирован от фланцев радиоэлементов слюдой или резиновыми прокладками, их нужно сохранить при замене.
Для улучшения теплового контакта нужно использовать кремнийорганическую термопасту.
Если радиатор нужно подрезать, чтобы он поместился в корпус, обрезанные рёбра нужно тщательно обработать надфилем, чтобы снять все заусенцы, иначе на них будет обильно оседать пыль.
Радиатор должен быть плотно прижат к микросхемам, поэтому предварительно на нём нужно разметить и просверлить крепёжные отверстия, возможно, потребуется нарезать резьбу в теле алюминиевой подошвы.

Дополнительно отметим, что нет смысла менять штучные радиаторы отдельно стоящих ключей, замене подвергаются только теплоотводы интегральных схем или нескольких высокомощных транзисторов, установленных в ряд.

Как работает инвертор

Ниже приведена схема, которая наглядно показывает принцип работы сварочного инвертора.

Итак, принцип действия данного модуля сварочного аппарата заключается в следующем. На первичный выпрямитель инвертора поступает напряжение из бытовой электрической сети или от генераторов, бензиновых или дизельных. Входящий ток является переменным, но, проходя через диодный блок, становится постоянным. Выпрямленный ток поступает на инвертор, где проходит обратное преобразование в переменный, но уже с измененными характеристиками по частоте, то есть становится высокочастотным. Далее, высокочастотное напряжение понижается трансформатором до 60-70 В с одновременным повышением силы тока. На следующем этапе ток снова попадает в выпрямитель, где преобразуется в постоянный, после чего подается на выходные клеммы агрегата. Все преобразования тока контролируются микропроцессорным блоком управления.

Узлы, пригодные к модернизации

Важнейший параметр любого сварочного аппарата — вольт-амперная характеристика (ВАХ), за счёт неё и обеспечивается стабильное горение дуги при разной её длине. Правильная ВАХ создаётся микропроцессорным управлением: маленький «мозг» инвертора на ходу меняет режим работы силовых ключей и мгновенно подстраивает параметры сварочного тока. К сожалению, каким либо образом перепрограммировать бюджетный инвертор нельзя — управляющие микросхемы в нём аналоговые, а замена на цифровую электронику требует незаурядных знаний схемотехники.

Однако «умений» управляющей схемы вполне достаточно, чтобы нивелировать «криворукость» начинающего сварщика, ещё не научившегося стабильно удерживать дугу. Гораздо правильнее сосредоточиться на устранении некоторых «детских» болезней, первая из которых — сильный перегрев электронных компонентов, ведущий к деградации и разрушению силовых ключей.

Вторая проблема — использование радиоэлементов сомнительной надёжности. Устранение этого недостатка сильно снижает вероятность возникновения поломок через 2–3 года эксплуатации аппарата. Наконец, даже начинающему радиотехнику будет вполне по силам реализовать индикацию фактического сварочного тока для возможности работы со специальными марками электродов, а также провести ряд других мелких доработок.

Причины поломок инверторов

Современные инверторы, особенно сделанные на основе IGBT-модуля, достаточно требовательны к правилам эксплуатации. Объясняется это тем, что при работе агрегата его внутренние модули выделяют много тепла. Хотя для отвода тепла от силовых узлов и электронных плат используются и радиаторы, и вентилятор, этих мер порой бывает недостаточно, особенно в недорогих агрегатах. Поэтому нужно четко следовать правилам, которые указаны в инструкции к аппарату, подразумевающие периодическое выключение установки для остывания.

Обычно это правило называется “Продолжительность включения” (ПВ), которая измеряется в процентах. Не соблюдая ПВ, происходит перегрев основных узлов аппарата и выход их из строя. Если это произойдет с новым агрегатом, то данная поломка не подлежит гарантийному ремонту.

Также, если инверторный сварочный аппарат работает в запыленных помещениях, на его радиаторах оседает пыль и мешает нормальной теплоотдаче, что неизбежно приводит к перегреву и поломке электрических узлов. Если от присутствия пыли в воздухе избавиться нельзя, требуется почаще открывать корпус инвертора и очищать все узлы аппарата от накопившихся загрязнений.

Но чаще всего инверторы выходят из строя, когда они работают при низких температурах. Поломки случаются по причине появления конденсата на разогретой плате управления, в результате чего происходит замыкание между деталями данного электронного модуля.

Основные поломки оборудования

Чаще всего аппарат не работает из-за поломки таких узлов, как:

Выпрямители. Неисправности связаны с перегоранием диодов входного или выходного моста, вызванным резким повышением напряжения и силы тока.
Инверторный компонент. Если аппарат перестает варить, в первую очередь нужно проверить этот узел. Для устранения неполадки в условиях мастерской транзистор заменяют аналогичной деталью на 32 А и 400 В.
Высокочастотный трансформатор. Компонент включает в себя несколько обмоток, необходимых для повышения силы тока и снижения напряжения. Они имеют вид медной проволоки или полосы. Такая конструкция способствует частому возникновению замыкания.

В вышеуказанных случаях устранить проблему самостоятельно не получится.

Ремонт инверторных сварочных аппаратов своими руками возможен при возникновении следующих проблем:

Нестабильности электрической дуги, образовании большого количества брызг. Неисправность появляется из-за неправильного выбора силы тока.
Залипании электрода. Возникает при низком напряжении, сопровождается поломкой контактов, к которым подключаются элементы сварочного оборудования.
Отсутствии электрической дуги. Наблюдается при перегреве инвертора или нарушении целостности питающих проводов.
Самопроизвольном отключении агрегата. Если во время работы устройство внезапно останавливается, речь идет о коротком замыкании.
Большом расходе электроэнергии при холостой работе. Неисправность связана с замыканием обмотки проводящих катушек.
Периодическом отключении аппарата. Связано с перегревом сварочного прибора. Аппарат охлаждают, после чего продолжают работу.
Появлении посторонних звуков. Наблюдается при расслаблении винтов, удерживающих компоненты магнитопровода. Реже шум возникает при замыкании кабелей.

Особенности ремонта

Отличительной особенностью инверторов является наличие электронной платы управления, поэтому диагностировать и устранить неисправность в данном блоке может только квалифицированный специалист. К тому же, из строя могут выходить диодные мосты, транзисторные блоки, трансформаторы и другие детали электрической схемы аппарата. Чтобы провести диагностику своими руками, требуется иметь определенные знания и навыки работы с такими измерительными приборами, как осциллограф и мультиметр.

Из вышесказанного становится понятно, что, не имея необходимых навыков и знаний, приступать к ремонту аппарата, особенно электроники, не рекомендуется. В противном случае ее можно полностью вывести из строя, и ремонт сварочного инвертора обойдется в половину стоимости нового агрегата.

Домашняя диагностика

Перед тем как отремонтировать сварочный аппарат своими руками, выявляют неисправность и причину ее возникновения.

Для этого в домашних условиях выполняют следующие действия:

осматривают все компоненты устройства;
определяют наличие оксидной пленки на контактах, зачищают поверхности щеткой, обрабатывают их растворителем;
прозванивают компоненты электрической схемы мультиметром.

Рекомендуем к прочтению Принципиальная схема инвертора

Основные неисправности агрегата и их диагностика

Как уже говорилось, инверторы выходят из строя из-за воздействия на “жизненно” важные блоки аппарата внешних факторов. Также неисправности сварочного инвертора могут происходить из-за неправильной эксплуатации оборудования или ошибок в его настройках. Чаще всего встречаются следующие неисправности или перебои в работе инверторов.

Аппарат не включается

Очень часто данная поломка вызывается неисправностью сетевого кабеля аппарата. Поэтому сначала нужно снять кожух с агрегата и прозвонить каждый провод кабеля тестером. Но если с кабелем все в порядке, то потребуется более серьезная диагностика инвертора. Возможно, проблема кроется в дежурном источнике питания аппарата. Методика ремонта “дежурки” на примере инвертора марки Ресанта показана в этом видео.

Нестабильность сварочной дуги или разбрызгивание металла

Данная неисправность может вызываться неправильной настройкой силы тока для определенного диаметра электрода.

Совет! Если на упаковке к электродам нет рекомендованных значений силы тока, то ее можно рассчитать по такой формуле: на каждый миллиметр оснастки должно приходиться сварочного тока в пределах 20-40 А.

Также следует учитывать и скорость сварки. Чем она меньше, теме меньшее значение силы тока нужно выставлять на панели управления агрегата. Кроме всего, чтобы сила тока соответствовала диаметру присадки, можно пользоваться таблицей, приведенной ниже.

Сварочный ток не регулируется

Если не регулируется сварочный ток, причиной может стать поломка регулятора либо нарушение контактов подсоединенных к нему проводов. Необходимо снять кожух агрегата и проверить надежность подсоединения проводников, а также, при необходимости, прозвонить регулятор мультиметром. Если с ним все в порядке, то данную поломку могут вызвать замыкание в дросселе либо неисправность вторичного трансформатора, которые потребуется проверить мультиметром. В случае обнаружения неисправности в данных модулях их необходимо заменить либо отдать в перемотку специалисту.

Большое энергопотребление

Чрезмерное потребление электроэнергии, даже если аппарат находится без нагрузки, вызывает, чаще всего, межвитковое замыкание в одном из трансформаторов. В таком случае самостоятельно отремонтировать их не получится. Нужно отнести трансформатор мастеру на перемотку.

Электрод прикипает к металлу

Такое происходит, если в сети понижается напряжение. Чтобы избавиться от прилипания электрода к свариваемым деталям, потребуется правильно выбрать и настроить режим сварки (согласно инструкции к аппарату). Также напряжение в сети может проседать, если аппарат подключен к удлинителю с малым сечением провода (меньше 2,5 мм2).

Нередко падение напряжения, вызывающего прилипание электрода, происходит при использовании слишком длинного сетевого удлинителя. В таком случае проблема решается подключением инвертора к генератору.

Горит перегрев

Если горит индикатор, это свидетельствует о перегреве основных модулей агрегата. Также аппарат может самопроизвольно отключаться, что говорит о срабатывании термозащиты. Чтобы данные перебои в работе агрегата не случались в дальнейшем, опять же требуется придерживаться правильного режима продолжительности включения (ПВ). Например, если ПВ = 70%, то аппарат должен работать в следующем режиме: после 7 минут работы, агрегату выделятся 3 минуты, на остывание.

На самом деле, различных поломок и причин, вызывающих их, может быть достаточно много, и перечислить их все сложно. Поэтому лучше сразу понять, по какому алгоритму проводится диагностика сварочного инвертора в поисках неисправностей. Как проводится диагностика аппарата, можно узнать, посмотрев следующее обучающее видео.

Индикация сварочного тока

Даже если на инверторе установлен цифровой индикатор установки тока, он показывает не реальное его значение, а некую служебную величину, масштабированную для наглядного отображения. Отклонение от фактической величины тока может составлять до 10%, что неприемлемо при использовании специальных марок электродов и работе с тонкими деталями. Получить реальное значение сварочного тока можно путём установки амперметра.

В пределах 1 тысячи рублей обойдётся цифровой амперметр типа SM3D, его даже можно аккуратно встроить в корпус инвертора. Основная проблема в том, что для измерения столь высоких токов требуется подключение через шунт. Его стоимость находится в пределах 500–700 рублей для токов в 200–300 А. Обратите внимание, что тип шунта должен соответствовать рекомендациям производителя амперметра, как правило, это вставки на 75 мВ с собственным сопротивлением порядка 250 мкОм для предела измерения в 300 А.

Установить шунт можно либо на плюсовую, либо на минусовую клемму изнутри корпуса. Обычно размеров соединительной шины достаточно для подключения вставки длиной около 12–14 см. Изгибать шунт нельзя, поэтому если длины соединительной шины недостаточно, её нужно заменить медной пластиной, косичкой из очищенного однопроволочного кабеля или отрезком сварочной жилы.

Амперметр подключается измерительными выходами к противоположным зажимам шунта. Также для работы цифрового прибора требуется подать напряжение питания в диапазоне 5–20 В. Его можно снять с проводов подключения вентиляторов или найти на плате точки с потенциалом для питания управляющих микросхем. Собственное потребление амперметра ничтожно.

Намотка выходного дросселя

Одним из наиболее простых и в то же время самых полезных дополнений для сварочного инвертора будет намотка индуктивной катушки, сглаживающей пульсации постоянного тока, которые неизбежно остаются при работе импульсного трансформатора. Основная специфика такой затеи в том, что дроссель изготавливается индивидуально для каждого отдельного аппарата, а также может со временем корректироваться по мере деградации электронных компонентов или при изменении порога мощности.

Для изготовления дросселя понадобится всего ничего: изолированный медный проводник сечением до 20 мм2 и сердечник, желательно из феррита. В качестве магнитопровода оптимально подойдёт либо ферритовое кольцо, либо сердечник броневого трансформатора. Если магнитопровод набран из листовой стали, его нужно просверлить в двух местах с отступом около 20–25 мм и стянуть заклёпками, чтобы иметь возможность беспроблемно прорезать зазор.

Дроссель начинает работать, начиная от одного полного витка, однако реальный результат виден, начиная с 4–5 витков. При испытаниях следует добавлять витки до тех пор, пока дуга не начнёт ощутимо сильно тянуться, мешая отрыву. Когда варить с отрывом станет затруднительно, нужно скинуть с катушки один виток и подключить параллельно дросселю лампу накаливания на 24 В.

Тонкая настройка дросселя выполняется с помощью сантехнического винтового хомута, которым можно уменьшить зазор в сердечнике, либо деревянного клина, которым этот зазор можно увеличить. Нужно добиваться, чтобы горение лампы при розжиге дуги было максимально ярким. Рекомендуется изготовить несколько дросселей для работы в диапазонах до 100 А, от 100 до 200 А и более 200 А.