Устройство инверторной сварки. Достоинства, недостатки и принцип работы сварочного инвертора

– это первое, с чем необходимо разобраться начинающему сварщику.

Эти приборы делятся по многим критериям даже если выбирать из ряда для бытового применения: сила тока, продолжительность сварки, тип напряжения на выходе и многое другое.

И для того, чтобы научиться различать по характеристикам и функционалу сварочные аппараты как выбрать подходящий прибор, нужно вникнуть не только в основы физики, но и конструктивно разобрать содержимое. Это даст понимание о принципе работы и таких характеристиках, как долговечность и надежность сварочного аппарата, к примеру, трансформаторный прибор состоит из пары катушек и конденсатора, там ломаться нечему.

Для начала, когда вы придете в строительный магазин, на каждый аппарат будут представлены характеристики:

ток сварки;
напряжение холостого хода;
продолжительность включения;
диаметр электрода;
тип сварочного тока;
тип сварочного аппарата;
тип сварки.

Ток сварки — параметр, от которого зависит, какой толщины металл он может варить, какой диаметр электродов подойдет. Для простых хозяйственных работ, производимых изредка с небольшой толщиной металла, подойдет и аппарат со 160 Ампер силой сварочного тока. Для среднего ремонта или небольшой стройки рекомендуется 200А, а для ответственных металлоконструкций, со сваркой швеллеров, несущих широкополочных уголков и так далее – вам нужно будет потратиться на 220А прибор.

Напряжение холостого хода , по-другому говоря – выходное напряжение, то есть то, которое образуется на участке вторичной цепи и протекает через сварочный электрод и изделие. В простых аппаратах эта характеристика встречается в пределах 20-60 В, редко – до 90 В. Более высокое напряжение применяется для сварки электродами с тугоплавкой обмазкой специфических сплавов. Эта характеристика подбирается в резонанс с током сварки (автоматически или в ручном режиме) и отвечает за лучшее зажигание и горение дуги. Если подобрать напряжение неправильно, то можно получить образование шлака и пор.

Продолжительность включения – процентная величина измерения времени, из 10-и минутного цикла, которое аппарат может беспрерывно работать на максимальном токе сварки. То есть, если в характеристиках к аппарату написано 70%, то это значит, что аппарат может работать 7 минут, и 3 должен отдыхать. Его также называют цикл работы, и некоторые производители могут давать не время работы на максимальном токе, а 100% ПВ на определенном, скажем, 140 А из поддерживаемых аппаратом 200 А.

Диаметр электрода , на который рассчитан аппарат, опытный сварщик может определить, взглянув на значение тока сварки, но все-таки он указывается в характеристиках. Для того чтобы узнать больше, рекомендуем статью « » — там можно найти таблицу зависимости диаметров электродов от тока сварки и толщины свариваемых деталей. В полуавтоматических сварочных аппаратах, в которых применяется сварочная проволока, указывается ее диаметр.

Тип сварочного тока может быть переменным (AC) и постоянным (DC), и от этого зависит в основном, тип свариваемого металла. Постоянным током можно сваривать все виды металлов, цветные включая. Простой бытовой сварочный аппарат с переменным током, как правило, приобретается только для сварки черного металла. В принципе, есть специальные электроды и приемы работы ручной электродуговой сваркой переменного тока по цветным металлам, но при этом возникает уйму сложностей, в том числе сильное разбрызгивание металла, а также сами электроды очень дорогие.

Тип сварочного аппарата – трансформаторные или инверторные, нового поколения. Об этом как раз пойдет речь дальше. О современных приборах, которые вмещают в себе электронные элементы управления, в том числе системы контроля перенапряжения, перегрева, поддержания горения дуги и др.

Тип сварки в данном случае – ручная электродуговая сварка плавящимися электродами (MMA). Тип сварки полуавтоматическими аппаратами сварочной проволокой в среде инертного газа обозначается как MIG/MAG. Есть еще обозначение ручной сварки неплавящимися (вольфрамовыми, угольными) электродами в защитной газовой среде – TIG.

Устройство, особенности и принцип работы трансформаторных сварочных аппаратов

Эти аппараты использовались с самого начала изобретения сварочных работ, и по сей день их «начинка» практически не поменялась. В основе лежит трансформатор, который понижает напряжение с входных 220/380 В на 20-90 В, при этом увеличивая силу тока до 140-220 А. Регулируется напряжение (и сила тока) путем перемещения подвижных частей трансформатора, либо по средствам управляемой реактивной катушки (дросселя), включенного во вторичную цепь, либо вместо него используется блок тиристорного фазорегулятора.

Стоит сразу же сказать о преимуществе аппаратов с тиристорным фазорегулятором перед амплитудными (подвижные трансформаторные сердечники или регулируемый дроссель) устройствами. Во-первых, уменьшается время перехода импульса через нулевое значение, благодаря чему сварочная дуга горит стабильнее, меньше вероятность затухания, а также качество сварного шва значительно повышается. Во-вторых, такой сварочный аппарат для дома и дачи, благодаря тиристорному фазорегулятору, не имеет подвижных механических деталей в трансформаторе и отсутствует дроссель с регулятором, благодаря чему цепь упрощается и прибор считается более надежным и долговечным.

На схеме выше находится трансформатор (А) с первичной (1) и вторичной (2) обмотками, а также реактивная катушка-дроссель (Б), включенная во вторичную цепь, идущую от обмотки. В данном случае трансформатор не имеет подвижных шунтов/обмоток, которыми регулируют силу тока и напряжение сварки. Эту функцию выполняет дроссель с подвижным регулятором. Кроме того, он нужен, чтобы не использовать трансформатор с увеличенным рассеянием, урезав, таким образом, конструкцию для повышения надежности и упрощения ремонта при надобности.

Из данной схемы следует, что переменный ток напряжением 220 В входит в трансформатор с нормальным рассеянием, из первичной катушки преобразуется во вторичной с характеристиками холостого хода (20-90 В). Проходя через регулируемый механически дроссель, приобретаются необходимые для сварки вольт-амперные характеристики (не будем углубляться в физику), а также появляется ограничение тока короткого замыкания.

Преимущества трансформаторных сварочных аппаратрв – это дешевизна и долговечность. Также легко проводить ремонт, потому что весь блок содержит всего пару деталей. Стоит отметить высокий КПД, равный 70-90%. На этом пересчет преимуществ окончен.

Недостатки более обширны, и основной из них – это частое прерывание горения дуги, которое обусловлено самим свойством переменного тока затухать в момент смены полярности. А также на стабильность сварочной дуги влияют колебания характеристик входного напряжения. Еще имеется проблема – громоздкость прибора, причем, чем больше мощность аппарата, тем массивнее трансформатор, и тем больше проседает напряжение в сети при его работе.

Устройство, особенности и принцип работы трансформаторных выпрямительных сварочных аппаратов

Эти устройства практически идентичны трансформаторным, с разницей лишь в том, что имеют выпрямительный блок и блок фильтров (в простейших моделях – фильтровальный конденсатор). Благодаря последним двум, на выходе из аппарата получается не переменный, а постоянный ток с вольт-амперными характеристиками, сформированными тем же трансформатором и реактивной катушкой-дросселем. Однако теперь ток приобретает полярность, которую можно использовать как прямую и обратную, с различными электродами и металлами, что дает расширенный функционал по сравнению с аппаратами переменного тока.

Схема представляет собой самый простой трансформаторный выпрямитель сварочного тока. В нем: статичный трансформатор с нормальный рассеянием (А) с основной (1) и вторичной (2) обмотками; выпрямительный блок (Б) на основе диодов (Б1); регулируемая реактивная катушка-дроссель (В); фильтровальный полярный конденсатор постоянного тока (Г). Подача на электрод условна и означает подключение прямой полярности, если поменять местами деталь и электрод, то получится сварка в обратной полярности.

В этом случае самый простой трансформатор, который вмещает в себе данное устройство сварочного аппарата, выдает переменный ток со скромными вольт-амперными характеристиками, который, пройдя через выпрямительный блок (Б), еще называемый диодным мостом, становится постоянным. Далее, для корректирования характеристик тока, в цепь вмещен управляемый дроссель (В), с присоединенным параллельно конденсатором, который выполняет функцию фильтра постоянного тока.

Преимущества аппаратов постоянного тока трансформаторного типа состоят в большей стабильности горения дуги и меньшем разбрызгивании металла при сварке. Соответственно, сварной шов получается более качественным, ровным и эстетичным. Кроме того, переменным током можно варить практически все металлы и сплавы.

Недостатки – из тех, что и у трансформаторных аппаратов переменного тока: влияние перепадов входного напряжения на горение дуги, сильная «просадка» напряжения сети при работе, а также очень большой вес. Дело в том, что диоды прикреплены к большим и увесистым радиаторам, плюс охлаждающихся дополнительным вентилятором – это в придачу к массивному трансформатору.

Устройство, особенности и принцип работы инверторных сварочных аппаратов

Сварочные инверторы – это современные высокотехнологичные приборы, которые по качеству сварки в разы превосходят трансформаторные аппараты. Они также имеют целый комплекс защит и контроля горения дуги, которые управляются специальным транзисторным блоком IGBT, который часто является самой дорогой частью прибора. С таким сварочным аппаратом довольно качественный шов может выполнить даже человек, который в первый раз в жизни взялся варить.

В отличие от устаревших аппаратов, в которых регулирование параметров тока и напряжения сварки происходит по средствам трансформатора с подвижными механическими частями, реактивной катушки-дросселя или фазного блока управления тиристорами, бытовой сварочный аппарат инверторного типа действует на вольт-амперные характеристики через преобразователь частоты. Этим достигается ряд преимуществ.

На блок-схеме показано условное подключение элементов: выпрямитель напряжения (А); фильтр постоянного тока (Б); инвертор – преобразователь частоты (В); блок управления (Г); трансформатор (Д); выпрямитель высокочастотного тока (Е). Блок управления современного образца основан на IGBT транзисторах, время работы которых в разы превосходит прошлое поколение. Принцип действия аппарата далее.

Входное переменное напряжение 220 В, бытовой частоты 50 Гц поступает сначала в выпрямитель (А), затем – в фильтр (Б), приобретая характеристики ровного постоянного напряжения. Далее инвертор/преобразователь частоты (В) превращает его обратно в переменное напряжение, но с частотой в десятки килогерц (кГц), после чего трансформатор (Д) производит понижение напряжения до холостого хода (20-90 В) с повышением сварочного тока (140-220 А). После следует выравнивание тока в высокочастотном выпрямителе (Е) и он подается на электрод/свариваемое изделие.

Вся «фишка» находится в том самом преобразователе частоты. Ведь для преобразования высокочастотного тока в холостого хода ток сварки, не нужно громоздкого трансформатора: в некоторых случаях, он может весить до килограмма.

Преимуществ инверторных сварочных аппаратов целый ряд: небольшой вес (до 10 кг) и размер; исключен нагрев обмоток и перемагничивание сердечника трансформатора; высокий КПД (85-95%); продолжительность включения 80%; потребляемая мощность при сварке одинаковыми электродами у инверторных аппаратов в 1,5-2 раза ниже, чем у трансформаторных источников. Прибор имеет плавную регулировку и большой диапазон значений тока сварки и напряжения холостого хода, что позволяет использовать тончайшие электроды (1,6 мм).

Для новичков имеется ряд функций: Hot start (автоматическое увеличение тока сварки в начале сварки для облегчения загорания дуги); Anti stick (предотвращение залипания электрода на поверхности по средствам понижения тока); Arc force (автоматически увеличение тока сварки на мизерный промежуток времени при отделении большой капли металла от электрода для предотвращения различных сложностей, последствий).

Недостатки также имеются, и весьма существенные, среди них: стоимость ремонта, требования к хранению и условиям окружающей среды при работе. Если накроется блок управления, а особенно если он на основе транзисторов IGBT, то за ремонт придется отдать даже половину стоимости нового аппарата. Электронная начинка подвержена влиянию различных факторов, поэтому прибор чувствителен к условиям хранения и работы. К примеру, пыль в помещении проникает в устройство и оседает на радиаторах охлаждения тиристоров, из-за чего может происходить перегрев.

Виды современных сварочных аппаратов для дома и дачи по степени механизации сварки

Говоря про оборудование для сварки бытовых/хозяйственных нужд, невозможно не упомянуть про то, какие бывают сварочные аппараты по степени механизации. Самые простые – трансформаторные, переменного тока для работы по черному металлу плавящимися электродами с защитной обмазкой (тип сварки MMA) мы рассмотрели. У них только одни способ применение по степени механизации – ручной труд. Суть его сводится к тому, что сварщик вручную осуществляет все рабочие операции на протяжении цикла работ, включая и замену электрода.

Можно отнести к сварке ручным способом электродами и остальные виды сварочных аппаратов, но они также могут быть в виде полуавтоматов, работающих с проволокой вместо электродов и подающих ее в автоматическом режиме по мере процесса сварки (тип сварки MIG/MAG). Преимущества таких аппаратов в том, что увеличивается скорость работы и проволока, которая замещает электроды, стоит гораздо дешевле. С другой стороны – аппарат сам по себе громоздкий, так как вмещает в себе устройство подачи проволоки, а также, сварка производится с применением защитного газа, выходящего из сопла сварочного аппарата параллельно с проволокой.

Есть вариант уменьшить громоздкость полуавтоматического сварного устройства, исключив баллон с газом: зарядить в устройство подачи так называемую порошковую проволоку, которая имеет в составе примеси, выделяющие при плавлении тот самый защитный газ. Но опять-таки, как выбрать сварочный аппарат для дома, если стоимость такой проволоки очень велика, что оставляет только одно преимущество перед ручной сваркой электродами – скорость сварки. Еще заметим, что полуавтомат может работать и с электродами в режиме ручной сварки.

На рисунке выше представлено главное конструкционное отличие полуавтомата – устройство подачи проволоки. Во всех подробностях механизмы и устройство сопла с подачей газа рассматривать не будем в этой статье, так как тема обширная, но необходимо знать, из каких модулей состоит такой аппарат: источник питания (трансформатор с выпрямителем или инвертор), уст-во подачи проволоки, газовый баллон, горелка с газовым диффузором и контактным наконечником.

Один из способов создания неразъемных соединений из металла – это электродуговая сварка. В течение множества лет для выполнения этой операции применяли генераторы трансформаторного типа. Главный их недостаток – габаритно-весовые характеристики. Например, агрегат марки ВД 306 весит порядка 150 кг.
С развитием полупроводникового оборудования и появление таких элементов, как тиристоры привело к созданию устройств, которые обладают всеми характеристиками, как и трансформаторы, но весят в разы меньше, всего несколько килограмм, например, Ресанта САИ 250 весит всего 5 кг, — сварочного инвертора или инверторного сварочного аппарата.

Устройство и основные характеристики инверторов

Инверторные устройства имеют совершенно другую электрическую схему, основанную на использовании полупроводниковых приборов диодов, тиристоров, транзисторов.

Принцип работы инвертора

Как уже отмечалось, инверторы вошли в практику сварных работ не так давно, на исходе ХХ столетия. В основе работы аппаратов этого типа лежит принцип сдвига напряжения. Такое решение позволяет поднять силу и частоту тока. Надо отметить, что устройство инвертора, применяемого для работ – содержит довольно сложную схему, внутри которой реализуются нижеприведенные процессы:

Переменный ток, подаваемый на инвертор, преобразуют в постоянный. Изменение параметров тока происходит в устройстве, который собирают с применением диодного моста.
Полученный ток передается на инвертор, который играет роль генератора высокочастотных импульсов. В транзисторном блоке, происходит обратное преобразование постоянного тока в переменный. Но получаемый ток, обладает существенно большей частотой, чем тот, который поступает из сети питания.
Ток высокой частоты поступает на трансформатор. Это устройство снижает напряжение и одновременно повышает силу тока. Так как трансформатор, который используют для работы с токами высокой частоты, имеет небольшие габариты, все это сказывается на габаритно-весовых характеристиках инвертора.
После прохождения трансформатора, переменный ток, с новыми параметрами поступает на выпрямитель, где он снова трансформируется в постоянный, который и используют для сварки.

Надо отметить, что инверторные устройства, в отличие от устройств трансформаторного типа потребляет в два раза меньшее количество энергии. Кроме этого, параметры тока, который поступает из устройства, гарантируют то, что сварочная дуга будет иметь стабильный розжиг и горение во время сварки.

Технические параметры устройств

Сварочные инверторы имеют ряд определенных характеристик, по которым можно судить о его технологических свойствах. К ним относят следующие параметры:

Вид тока, который формируется на выходе из выпрямителя.
Размер напряжения, которое используется для электроснабжения. Производители выпускают изделия, которые работают от 380 и от 220 в. Первые применяют для профессиональной сварки, вторые для работы в домашних условиях.
Размер тока, этот параметр оказывает прямое влияние на размер электрода, который будет использоваться для выполнения сварки.

Мощность агрегата, этот параметр дает информацию о том, ток, какой силы будет формировать сварочную дугу.
Напряжение на холостом ходу, этот параметр показывает, как быстро будет получена сварочная дуга.
Диапазон размеров электродов, которые будут использованы для производства сварки.
Габаритно-весовые характеристики инверторного сварочного аппарата и размер сварочного тока на выходе. Чем ниже последний показатель, тем меньше аппарат, но и соответственно такое устройство обладает меньшими эксплуатационными характеристиками.

Плюсы и минусы инверторной сварки

Инверторные устройства показывают КПД в пределах 85 – 95%, надо сказать, что это высокий показатель среди электронной аппаратуры. Используемая схема позволяет выполнять регулировку уровня сварочного тока от нескольких ампер, до сотен, а то и тысяч.

Например, инвертор марки ММА, он составляет 20 – 220 А. Инверторы могут работать длительное время. Управление источником питания можно выполнять дистанционно. К несомненным преимуществам инверторов можно отнести их малые габаритно-весовые характеристики, позволяющие перемещать устройство на месте выполнения сварки. В конструкции аппаратов использована двойная изоляция, обеспечивающая электрическую безопасность.

Технологические достоинства

Применение инверторов позволяет использовать электроды любой марки, которые работают и с постоянным и переменным током. Устройства этого типа могут быть использованы для сварки с неплавящимся электродом в среде защитного газа. Кроме того, конструкция этого оборудования позволяет легко автоматизировать сварочные процессы.

В управлении современными сварочными инверторами применяют микропроцессоры, и это обеспечивает стабильную связь между напряжением, током.

Минусы, которым обладают инверторы

Инверторы ремонтировать несколько сложнее, чем традиционные трансформаторные агрегаты. Если из строя выйдут некоторые элементы управления, размещенные на плате, то ремонт может встать примерно в треть от стоимости нового сварочного инвертора.

Инверторы, в отличие от оборудованиях других типов, очень боится пыли. То есть такие аппараты должны чаще обслуживаться. Работа инверторным сварочным аппаратом ограничена и низкими температурами. Кроме того, существуют некоторые ограничения на хранение инвертора при минусовых температурах. Это чревато образованием конденсата, который может привести к короткому замыканию на плате.

Как выбрать сварочный аппарат для дома и дачи на 220 В

При подборе сварочного оборудования потребитель должен определиться для решения, каких задач он будет необходим.

Если он будет использоваться для ремонта кузовных деталей, то у него должны быть одни параметры, а если для работы по изготовлению металлоконструкций то другими. Но в любом случае, устройства должны отвечать ряду требований, в частности, в домашнем аппарате должны быть реализованы такие функции, как горячий старт, антизалипание и некоторые другие. Именно этим инверторы отличаются от традиционных аппаратов.

В конструкции аппарата этого типа должен быть установлен вентилятор. Кроме того, схема должны быть защищена от скачков напряжения в питающей сети. В принципе устройство, обладающее такими параметрами, могут работать и в условиях домашней мастерской, и в условиях промышленного производства.

Какой сварочный аппарат лучше

Выбор аппарата – это по большей части дело сугубо индивидуальное. И каждый выбирает аппарат по своим потребностям, но, можно сказать, что устройства с диапазоном сварочного тока в пределах 200 – 250 А, позволяет выполнять самые сложны работы и обрабатывать детали разной толщины.

Классификация инверторов

Сварочные инверторы можно классифицировать по размеру сварочного тока. Производители выпускают три типа устройств:

100-160 А – маломощные;
160-200 А — средние;
200-250 А — мощные.

Существует зависимость, между размером силы тока и габаритами аппарата. При выборе аппарата для использования в домашних условиях следует руководствоваться теми задачами, которые предстоит им решать.

Самые слабые аппараты можно отнести к устройствам самого низкого уровня, многие их используют для получения навыков работы. Аппараты, которые относят к среднему классу относят к самым популярным и позволяют выполнять самые разнообразные работы начиная от сборки забора и изготовления довольно сложных металлоконструкций. Самые мощные аппараты по большей части применяют в производственных целях. Их применяют для работы с металлопрокатом большой толщины.

Большая часть инверторов предназначена для работы с электродами, покрытыми обмазкой. Но их можно использовать и для работы со сварочной проволокой. Для этого, на устройство устанавливают приспособление которое подает проволоку в сварочную зону. Проволока подается через сварочный пистолет, через него же подается и газовая смесь, защищающая рабочую зону от воздействия атмосферного воздуха.

Дополнительные функции в инверторах

В современных инверторных устройствах реализованы некоторые опции, которые заметно облегчают работу сварщика:

Горячий старт – зачастую у начинающих сварщиков, да и не только у них, возникают сложности с розжигом и поддержанием дуги в рабочем состоянии. В момент розжига, ток вырастает до необходимого уровня и сразу после розжига возвращается к рабочим параметрам. Процесс изменения тока происходит полностью автоматически, без участия сварщика.
Еще одна проблема, которая преследует новичков – залипание электрода. Причин тому несколько, но решение у нее одно – снижение уровня сварочного тока. Эта операция так же выполняется автоматически.

Форсаж дуги позволяет выполнять швы в разных пространственных положениях.
Снижение напряжения холостого хода до безопасного для рабочего и его окружающих людей уровня.

Определяемся с характеристиками

Как и любое техническое оборудование, сварочные инверторы обладают рядом технических параметров, которые определяют их возможности.

Сварочный ток

Инверторные сварочные аппараты обеспечивают генерацию сварочного тока в диапазонах от 100 до 250 А.

Напряжение холостого хода

После преобразования тока, подаваемого из электрической сети в 220 В, на выходе из аппарата получается ток с напряжением в 50 – 90 В и рабочей частотой в 20 – 50 кГц. Для розжига дуги необходимо использовать максимальное напряжение, но оно создает угрозу безопасности сварщика и окружающих людей. Поэтому после окончания работы, напряжение падает до безопасного уровня.

Режим работы на максимальном токе

Важный показатель работы любого сварочного аппарата это показатель длительности работы. Его могут называть ПН или ПВ. Этот показатель говорит о том, какое количество времени будет работать аппарат при десятиминутном сварочном цикле, до отключения.

Другими словами, если ПВ составляет 50% — это значит что время эффективной работы, составит 5 минут, если показатель составляет 70%, то время составит 7 минут. Этот показатель должен быть отражен в технической документации, входящей в состав поставки сварочного аппарата.

Инвертор, предназначенный для сварки – это сложное инженерное устройство, которое оснащено множеством уровней защиты.

Аппаратура этого класса показывает стабильность в работе и между тем требует к себе бережного отношения и своевременного обслуживания.

Перед приобретением аппарата целесообразно тщательно изучить руководство по эксплуатации.

При работе с инвертором необходимо соблюдать несколько простых правил безопасности:

Все токопроводящие рукава не должны иметь повреждений, клеммы для подключения должны надежно фиксироваться в аппарате.
Если в конструкции аппарата предусмотрен вентилятор и во время включения он не вращается, эксплуатация такого устройства недопустима.
При работе с аппаратом необходимо использовать средства индивидуальной защиты.

Сварочные инверторы постепенно вытесняют традиционные сварочные аппараты с рынка бытовых и строительных услуг. Принцип работы сварочного инвертора на порядок выше производственных характеристик классических агрегатов сварного промысла. Процесс замещения идет стремительно, и, без сомнения, наступит день, когда такие аппараты полностью заменят традиционное сварочное оборудование.

Инвертор: устройство и принцип действия

Слово «инверторный» подразумевает тип источника питания, а не методику сварки электродугового плана, как многие думают. Инверторы появились не вчера. Это произошло в 70-х годах прошлого столетия. Все эти годы устройства совершенствовались: производители начинили свою продукцию электроникой, добавили множество полезных функций. Со временем аппараты стали более надежными, что не отразилось на цене — напротив, она заметно снизилась.

Устройство сварочного инвертора включает два преобразователя энергетического потока, работающих на основе электричества повышенной интенсивности и управляемых микропроцессором с электронной начинкой.

В процессе работы сварной агрегат преобразует поступающий постоянный ток в силу переменного тока более высокой частоты. Процесс преобразования называют «инвертированием». В его основе — ступенчатое увеличение энергии тока до максимального при выходе.

Принцип работы инвертора подразумевает несколько ступеней:

К выпрямителю подходит ток от основной сети, частота его — 50 Гц.
Поступившую энергию тока сглаживает фильтр, на выходе данного этапа — постоянный ток.
Полученная энергия постоянного тока инвертируется специальными транзисторами в ток переменного плана, частота его уже выше — до 50 кГц.
На следующем этапе высокая частота напряжения выходит на более низкий уровень, снижаясь, примерно, до 70 В; ток достигает нужных для сварного дела 200 А.

Основное техрешение — высокая частота тока. Именно благодаря ей достигается колоссальное преимущество работы с инвертором по сравнению с традиционными ресурсами питания сварной дуги.

Для примера принципа работы можно взять сварочный агрегат мощностью в 160 А, которого достаточно для работы на электроде 4 мм. Если придется включать его в сеть на даче или в гараже, то лучше проверить напряжение сети, рассчитанной на 220 В. При заниженном напряжении возможно залипание электрода. Если напряжение в сети слишком низкое, то система может не запуститься. В этом случае придется брать другой сварочный инвертор большей мощности или приспосабливаться варить более тонким электродом.

Вернуться к оглавлению

Работа с инвертором: оборудование и этапы сварки

Для сварки инвертором под рукой надо иметь:

собственно сам аппарат;
перчатки, сшитые из ткани грубой текстуры;
сварную защитную маску;
куртку.

Этапы сварного дела со сварочным инвертором:

Выбор электродов, для инверторной сварки нужны будут электроды до 5 мм.
Настройка мощности тока, которая зависит от выбранного размера электрода (как правило, производители предусматривают на панели регулятор с указанием необходимой мощности).
Подключение клеммы массы к свариваемым кромкам материала; электрод, во избежание залипания, быстро подносить не следует.
Запал дуги; электрод надо подносить под углом, периодично дотрагиваясь до свариваемого материала для активизации выбранного электрода, затем вести им вдоль шва, не делая перпендикулярных движений, иначе можно получить нежелательный эффект разбрызгивания металла.
Завершающий этап: после получения шва необходимо убрать накипь металла, окалину обычно убирают небольшим молотком.

Чтобы правильно выбрать оборудование для выполнения сварочных работ, необходимо знать устройство конструкции и принцип работы сварочного инвертора. Если хорошо разбираться в таких вопросах, можно не только эффективно использовать, но и самостоятельно ремонтировать инверторные устройства.

На современном рынке предлагается множество моделей инверторов, что позволяет мастерам подобрать оборудование в соответствии со своими потребностями и финансовыми возможностями. При желании сэкономить можно изготовить .

Как работает инверторный сварочный аппарат

Принцип действия инверторного аппарата во многом схож с работой импульсного блока питания. И в инверторе, и в импульсном блоке питания энергия трансформируется похожим образом.

Процесс преобразования электрической энергии в сварочном аппарате инверторного типа можно описать так.

Переменный ток с напряжением 220 Вольт, протекающий в обычной электрической сети, преобразуется в постоянный.
Полученный постоянный ток при помощи специального блока опять преобразуется в переменный, но обладающий очень высокой частотой.
Понижается напряжение высокочастотного переменного тока, что значительно увеличивает его силу.
Сформированный электрический ток, обладающий высокой частотой, значительной силой и низким напряжением, преобразуется в постоянный, на котором и выполняется сварка.

Основным типом сварочных аппаратов, которые использовались ранее, были трансформаторные устройства, повышавшие сварочный ток за счет уменьшения значения напряжения. Самыми серьезными недостатками такого оборудования, которое активно используется и сегодня, являются низкий КПД (так как в них большое количество потребляемой электрической энергии тратится на нагрев железа), большие габариты и вес.

Изобретение инверторов, в которых сила сварочного тока регулируется совершенно по иному принципу, позволило значительно уменьшить размеры сварочных аппаратов, а также снизить их вес. Эффективно регулировать сварочный ток в таких аппаратах становится возможным благодаря его высокой частоте. Чем выше частота тока, который формирует инвертор, тем меньшими могут быть габариты оборудования.

Одна из основных задач, которую решает любой инвертор, – это увеличение частоты стандартного электрического тока. Возможно это благодаря использованию транзисторов, которые переключаются с частотой 60–80 Гц. Однако, как известно, на транзисторы можно подавать только постоянный ток, в то время как в обычной электрической сети он переменный и имеет частоту 50 Гц. Чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, в инверторных аппаратах устанавливают выпрямитель, собранный на основе диодного моста.

После транзисторного блока, в котором формируется переменный ток с высокой частотой, в расположен трансформатор, который понижает напряжение и, соответственно, увеличивает силу тока. Для регулировки напряжения и тока, имеющих высокую частоту, требуются менее габаритные трансформаторы (при этом по своей мощности они не уступают более крупным аналогам).

Элементы электрической схемы инверторных устройств

Устройство сварочного инвертора составляют следующие базовые элементы:

выпрямитель переменного тока, поступающего из обычной электрической сети;
инверторный блок, собранный на основе высокочастотных транзисторов (такой блок и является генератором высокочастотных импульсов);
трансформатор, который понижает высокочастотное напряжение и увеличивает высокочастотный ток;
выпрямитель переменного высокочастотного тока;
рабочий шунт;
электронный блок, отвечающий за управление инвертором.

Какими бы характеристиками ни обладала определенная модель инверторного аппарата, принцип его действия, основанный на использовании высокочастотного импульсного преобразователя, остается неизменным.

Выпрямительный и инверторный блоки оборудования в процессе своей работы сильно нагреваются, поэтому их устанавливают на радиаторы, активно отводящие тепло. Кроме того, для защиты выпрямительного блока от перегрева используется специальный термодатчик, отключающий его электропитание при достижении им температуры 90 градусов.

Инверторный блок, являющийся, по сути, генератором высокочастотных импульсов большой мощности, собирается на основе транзисторов, соединяемых по типу «косого моста». Высокочастотные электрические импульсы, формирующиеся в таком генераторе, поступают на трансформатор, необходимый для того, чтобы понизить значение их напряжения.

Наиболее распространенными трансформаторами, используемыми для оснащения сварочных инверторов, являются устройства со следующими характеристиками: первичная обмотка – 100 витков провода марки ПЭВ (толщина 0,3 мм); 1-я вторичная обмотка – 15 витков из медной проволоки диаметром 1 мм; 2-я и 3-я вторичные обмотки – 20 витков медного провода диаметром 0,35 мм. Все обмотки тщательно изолируются друг от друга, а места их выхода защищаются и запаиваются.

На выходной выпрямитель сварочного инвертора поступает ток, обладающий высокой частотой. С преобразованием такого тока в постоянный простые диоды не справятся. Именно поэтому основу выпрямителя составляют мощные диоды, обладающие большой скоростью открывания и закрывания. Чтобы предотвратить перегревание диодного блока, его размещают на специальном радиаторе.

Обязательным элементом любого сварочного инвертора является резистор высокой мощности, обеспечивающий устройству мягкий пуск. Необходимость использования такого резистора объясняется тем, что при включении питания на оборудование подается мощный электрический импульс, который может стать причиной выхода из строя диодов выпрямительного блока. Чтобы этого не произошло, ток подается через резистор на электролитические конденсаторы, которые начинают заряжаться. При достижении конденсаторами полного заряда и перехода устройства в штатный режим работы замыкаются контакты электромагнитного реле и ток начинает поступать на диоды выпрямителя, уже минуя резистор.

Инверторы благодаря своим техническим характеристикам позволяют выполнять регулировку сварочного тока в широком диапазоне – от 30 до 200 А.

Работой всех элементов такого сварочного аппарата, отличающегося компактными габаритами, небольшим весом и высокой мощностью, управляет специальный ШИМ-контроллер. Электрические сигналы поступают на контроллер от операционного усилителя, питающегося выходным током самого инвертора. На основе характеристик этих сигналов котроллер формирует корректирующие выходные сигналы, которые могут подаваться на диоды выпрямителя и транзисторы инверторного блока – генератора высокочастотных электрических импульсов.

Кроме основных, современные сварочные инверторы обладают еще целым перечнем полезных дополнительных опций. К таким характеристикам, которые значительно облегчают работу с устройством и дают возможность получать качественные, надежные и красивые сварные соединения, следует отнести форсирование сварочной дуги (быстрый розжиг), антизалипание электрода, плавную регулировку сварочного тока, наличие системы защиты от возникающих перегрузок.

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.

Каково устройство сварочного инвертора и что это за оборудование? В наше время без сварочных работ никуда. Сварка применяется везде: в строительных, ремонтных и монтажных работах, при ремонте автомобилей и во многих других областях жизни. Сварочный аппарат сейчас имеют не только профессиональные сварщики, но и любители и просто хозяйственные люди. А появление сварочных аппаратов инверторного типа упростило жизнь всем, кто каким-либо образом связан с этим ремеслом. Однако первое время многие с опаской относились к такому оборудованию, потому что устройство сварочного инвертора для них казалось сложным и ненадежным. Но за годы успешной эксплуатации эти аппараты показали себя только с лучшей стороны.

Преимущества инверторных сварочных аппаратов

По сравнению с обычными трансформаторными сварочными аппаратами, у инверторов есть определенные преимущества:

малый вес;
простота в работе;
универсальность;
надежность;
возможность использования в быту и даже в квартире.

Благодаря таким качествам сварочные аппараты инверторного типа приобрели большую популярность. Они очень удобны при выполнении монтажных работ, так как имеют маленькие габариты и весят в основном около 5-6 килограммов. Такой аппарат можно повесить на плечо и выполнять сварку, стоя на лестнице или лесах, без каких-либо проблем. Инвертор отлично подойдет для начинающих сварщиков, потому что электронная составляющая максимально упрощает и сглаживает розжиг и горение дуги. Даже самые качественные трансформаторные аппараты не сравнятся с инверторными по этим показателям.

На выходе подается постоянный ток, что позволяет варить не только черный металл, но и цветные металлы, такие как нержавейка или алюминий.

Наличие постоянного тока позволяет даже использовать специальную горелку для сварки в среде инертного газа. Легкий и высокоточный инверторный сварочный аппарат создает минимальную нагрузку на электрическую сеть. Поэтому его можно подключать даже к обычной бытовой розетке. Большинство из этих сильных сторон обусловлены тем, как устроен инверторный сварочный аппарат.

Вернуться к оглавлению

Секреты устройства инверторных сварочных аппаратов

Традиционные сварочные трансформаторы работали на основе явления электромагнитной индукции. Высокая сила тока возникала за счет изменения напряжения в катушках трансформатора. При этом потери тока были значительными, а коэффициент полезного действия — низким. Такие аппараты очень чувствительны к перепадам напряжения в сети, и поэтому плавность горения дуги была не на высшем уровне. Инверторный сварочный аппарат работает по другим принципам. Здесь входной переменный электрический ток низкой частоты (50 Герц) преобразуется сначала в ток высокой частоты (несколько тысяч Герц).

Для изменения напряжения и силы такого тока требуется уже значительно меньший трансформатор. После того как ток обретает необходимую силу, он выпрямляется и подается на клеммы. Все эти процессы происходят под управлением микропроцессора. Он отслеживает такие данные, как входное напряжение, сила тока на выходе и температура трансформатора и платы. Работа устройства постоянно подстраивается под все эти параметры.Наличие такой тонкой электроники позволяет сделать работу аппарата более плавной и экономной, а сила тока все время поддерживается на заданном уровне.

Современные сварочные инверторные аппараты оснащаются несколькими системами для удобства работы. Например, в момент, когда зажигается дуга, часто можно наблюдать, что электрод прилипает к поверхности металла. Это происходит из-за малой силы тока. Дело в том, что в момент розжига дуги сила тока должна быть несколько выше, чем во время ее горения. В трансформаторных аппаратах эту проблему можно было решить, изменив напряжение и увеличив силу тока, что при сварке часто приводило к прожиганию металла. Сейчас же инверторные аппараты оснащаются функцией антизалипания электрода.

Микропроцессор увеличивает силу тока на доли секунды для того, чтоб зажечь дугу. После этого ток возвращается на заданный уровень. В случае если электрод по каким-то причинам все-таки начинает прилипать к металлу, электроника значительно снижает ток, чтобы электрод не приклеился к металлу и его было легко отцепить. Особенно приятны эти функции будут начинающим мастерам, у которых могут возникать проблемы со сваркой. Все инверторные аппараты оснащаются тепловой защитой, которая спасает электронику от перегрева. Так что если после длительной работы в жаркую погоду аппарат самостоятельно выключился — не пугайтесь, а просто дайте ему 15 минут, чтобы остыть, и он продолжит работать дальше.

Вернуться к оглавлению

Несколько нюансов при эксплуатации

Мы все привыкли к тому, что электроника чаще всего очень нежная и требует к себе бережного отношения. Именно поэтому многие стараются избегать работы с инверторными сварочными аппаратами. А напрасно. Защита от перегрева никогда не позволит вам спалить обмотки трансформатора или плату. Все аппараты оснащаются защитой от скачков напряжения в сети, поэтому за это тоже можно не переживать. Однако есть все-таки несколько врагов у инверторных аппаратов. Первый из них — пыль. Она скапливается на элементах платы и становится накопителем и источником статического электричества. Впоследствии это может привести к короткому замыканию и выходу из строя отдельных элементов микросхемы.

Усугубляется это порой тем, что вентилятор, который используется для охлаждения, может втягивать пыль внутрь корпуса. Для того чтобы избежать проблем, связанных с пылью, старайтесь раз в год разбирать корпус сварочного аппарата и вычищать оттуда всю пыль. А если работы ведутся на стройке или в других местах с повышенным запылением, то делать это нужно даже чаще.

Второй враг — это влага. Прежде всего стоит обратить внимание на место хранения аппарата: оно должно быть сухим. А о том, чтобы варить под дождем, и речи быть не может: это запрещено техникой безопасности.

Сегодня можно встретить самые разные инверторные сварочные аппараты. Для бытового использования можно приобрести аппарат попроще, без лишних функций и невысокой мощности: в быту вы не будете пользоваться электродами толщиной 5 мм, и даже «четверка» редко понадобится.

Следовательно, и сила тока в 250-300 ампер вам не понадобится. Для промышленных же целей, конечно, лучше взять аппарат мощнее, оборудованный несколькими уровнями защиты и дополнительными функциями.

В любом случае инверторный сварочный аппарат намного практичнее и экономичнее любого трансформаторного, а надежность его уже не вызывает сомнений.

Если следовать нескольким простым советам, эксплуатация инверторного сварочного аппарата принесет вам только положительные эмоции, и вы не пожалеете о его приобретении.