Инвертор сварочный принцип работы: Инверторный сварочный аппарат — принцип работы, характеристики – uprom.info

Принцип работы инверторного сварочного аппарата

Благодаря снижению цены, в настоящее время стали очень популярны сварочные аппараты инверторного типа. Лёгкие и надёжные, они широко используются и на производстве, и во время дачно-гаражных поделок. Мы на сайте уже знакомили вас (в статье про ремонт инверторов), в общих чертах, с устройством этих сварочников. Здесь подробно объясним принцип работы сварочного инвертора.

• «Изюминки» сварочного инвертора
• Как работает сварочный инвертор
• Силовая схема сварочного инвертора
• Сетевой выпрямитель
• Помехозащитный фильтр
• Инвертор
• Выходной выпрямитель
• Управляющая схема сварочного инвертора
• ШИМ-контроллер
• Цепи регулировки и контроля
• Раздел сварочных аппаратов инверторного типа
• Смотрите также:

«Изюминки» сварочного инвертора

Сварочным инвертором принято называть блок питания сварочного аппарата, оснащённый инвертором. Сам по себе инвертор – это устройство, преобразующее постоянное напряжение в высокочастотное переменное.

В двух словах, происходит следующее:

• входной выпрямитель получает напряжение из электросети (220 В, 50 Гц) и постоянным током питает «косой мост» на ключевых транзисторах;
• «косой мост» формирует прямоугольные импульсы высокой частоты (до 50 КГц). Преобразование позволяет применить в схеме высокочастотный импульсный понижающий трансформатор. Этот узел, благодаря материалу сердечника, весит на порядок меньше своего 50-герцового «собрата», что положительно сказывается на общей массе девайса. А это приводит к уменьшению веса всего сварочного аппарата. Кроме того, экономится медь и другие дорогостоящие материалы, из которых изготавливается оборудование. Импульсный трансформатор понижает высокочастотное напряжение до необходимого рабочего.

Схемотехническое решение и применение в инверторе специальных компонентов, позволили сконструировать устройство, не критичное, в широких пределах, к колебаниям напряжения питающей электросети. При понижении его ниже допустимого предела — происходит отключение генератора и загорается жёлтая лампочка «авария».

В этом и заключаются две «изюминки»: малый вес и некритичность в широком диапазоне к колебаниям напряжения источника питания;

• выходной выпрямитель преобразует напряжение (уже имеющее необходимую амплитуду) в постоянное рабочее.

Внедрение указанных выше преобразований привело к тому, что в схемотехнике источника питания появилось большое количество всяких дополнительных элементов, обеспечивающих его стабильную работу.

Теперь рассмотрим принцип работы сварочного инвертора подробно.

Как работает сварочный инвертор

В качестве примера рассмотрим устройство сварочного инвертора бренда «TELWIN» (рисунки к указанному бренду отношения не имеют). Внешний вид платы с указанием расположения элементов схемы приведён на рисунке.

Вариант компоновки деталей сварочного инвертора.

Схема сварочного инвертора состоит из двух основных частей: силовой и управляющей.

Силовая схема сварочного инвертора

Принципиальная схема приведена на рисунке (рисунки в статье кликабельные: для увеличения и удобства просмотра нажмите на него и он откроется в новом окне).

Силовая часть схемы сварочного инвертора.

Электронный силовой блок состоит из следующих узлов:

• сетевой выпрямитель;
• помехозащитный фильтр;
• инвертор;
• выходной выпрямитель.

Сетевой выпрямитель

Выпрямитель состоит из:

• двухполупериодного диодного моста;
• сглаживающего фильтра из двух параллельных электролитических конденсаторов.

Через диодный мост протекают большие токи, и он нагревается. Для рассеяния тепла его устанавливают на охлаждающий радиатор. С целью предотвращения перегрева и выхода из строя диодного моста, на радиаторе установлен элемент защиты — термопредохранитель. Он отключает питание при превышении температуры радиатора выше 90 °С. Постоянное напряжение после выпрямителя и фильтра подаётся на инвертор.

Помехозащитный фильтр

Мощный инвертор в процессе работы создаёт высокочастотные помехи. Что бы исключить их попадание в электросеть, перед выпрямителем устанавливается фильтр ЭМС (электромагнитной совместимости). Фильтр состоит из конденсаторов и дросселя (в приведённой схеме — на тороидальном магнитопроводе).

Помехозащитный фильтр (на тороиде).

Инвертор

Инвертор собран по схеме «косого моста» на двух мощных ключевых полупроводниковых приборах. В качестве последних могут быть транзисторы типов «IGBT» и «MOSFET». Оба ключевых транзистора монтируются на радиаторы для охлаждения.

На первичную обмотку импульсного понижающего трансформатора поступает напряжение со входного выпрямителя, прошедшее преобразование на ключевых транзисторах и ставшее высокочастотным. С одной из вторичных обмоток снимается уже значительно меньшее по амплитуде напряжение (рабочее значение, необходимое для сварки). Эта обмотка выполнена несколькими витками ленточного медного провода в изоляции, что позволяет производить сварку током 120…130 А.

Понижающий импульсный трансформатор (от него отходят шины).

Выходной выпрямитель

С вторичной обмотки импульсного трансформатора переменный ток высокой частоты поступает на высокочастотные мощные диодные выпрямители. Они собираются на базе сдвоенных диодов по схеме с общим катодом. Диоды обладают высоким быстродействием (время восстановления trr < 50 ns). С выхода этого выпрямителя снимается электрический ток с нужными для сварки параметрами.

А теперь рассмотрим управляющую часть схемы сварочного инвертора.

Управляющая схема сварочного инвертора

Принципиальная схема приведена на рисунке (напоминаем о кликабельности рисунка).

Управляющая часть схемы сварочного инвертора.

Электронный управляющий блок состоит из следующих узлов:

• ШИМ-контроллер;
• цепи регулировки и контроля:
• блоки контроля напряжения сети и выходного напряжения.

ШИМ-контроллер

Схема управления имеет оригинальное решение. Поэтому, она будет рассматриваться подробнее силовой части.

«Мозгом» сварочного инвертора является микросхема ШИМ-контроллера (здесь и далее – обозначения по схеме: U1). Она, управляя работой мощных ключевых транзисторов, задаёт «ритм» работы всего преобразователя. Микросхема ШИМ-контроллера, посредством полевого N-канального MOSFET транзистора (Q4), передаёт на первичную обмотку разделительного трансформатора (T1) прямоугольные импульсы с высокой частотой — до 50 КГц. С вторичной его обмотки снимаются сигналы для управления работой ключевых транзисторов.

Защиту от возможного, в процессе управления, превышения допустимого напряжения между затвором и эмиттером ключевых транзисторов осуществляют стабилитроны (D16, D17, D29, D30).

Цепи регулировки и контроля

К цепям регулировки и контроля относятся:

• трансформатор тока (Т2). Этот узел является основой анализатора-ограничителя тока. Снимаемое с него напряжение, после выпрямления и ограничения, участвует в работе схемы, формирующей сварочный ток, и генератора импульсов на ШИМ-контроллере;

Трансформатор тока (в центре).

• узел контроля напряжения сети. Он состоит из элементов операционного усилителя, собранного на двух микросхемах (U2A и U2B). На резисторных делителях, установленных в цепях входного выпрямителя, выделяется напряжение электросети (завышенное или заниженное) и поступает на сумматор операционного усилителя. Последний вырабатывает результирующий сигнал и выдаёт его на задающий генератор импульсов – ШИМ-контроллер. При обнаружении напряжения ниже допустимого, он блокирует генератор, а, следовательно, и всю схему;
• схема контроля выходного напряжения. Последнее снимается с выходов «OUT+», «OUT-» и через оптрон (ISO1), поступает в схему контроля (U2A и U2B). Таким образом, выполняется отслеживание параметров выходного напряжения.

Одновременно с отключением инвертора включается жёлтый светодиод (D12), который указывает на то, что в схеме неисправность или есть проблемы с сетевым питанием (отсутствует или ниже нижнего предела).

Раздел сварочных аппаратов инверторного типа

• Сварка инверторным сварочным аппаратом
• Расчет сварочного аппарата. 7 критериев расчета сварочника
• Выбор инверторного сварочного аппарата
• Проверка сварочных аппаратов
• Как варить, приварить, сваривать

Принцип работы сварочного инвертора – схема и устройство

И сварщики профессионалы, и домашние мастера оценили принцип работы сварочного инвертора, поэтому эти приборы постепенно вытесняют с рынка традиционные сварочные трансформаторы и выпрямители. И скоро настанет то время, когда они будут царить на современном рынке сварочного оборудования. Что такое сварочный инвертор, почему они появились недавно? Необходимо отметить, что принцип инвертности, а соответственно и сам сварочный агрегат появились не вчера. Принципиальные схемы аппаратов были разработаны в 70-х годах прошлого века. Но в современном виде сварочные приборы появились недавно.

Устройство сварочного инвертора

До недавнего времени инверторный аппарат был достаточно простым по схеме работы. Со временем инженеры дополнили ее электроникой, что повысило функциональность агрегата.

Самое интересное состоит в том, что от этого цена сварочного инвертора не стала выше. Как показывает тенденция продаж, она постепенно снижается, что всех и радует.

Внимание! Термин «инверторный» не относится к процессу сварки. Это не методика. Это источник питания аппарата.

В чем заключается принцип действия сварочного аппарата инверторного типа?

• Работает он от сети переменного тока напряжением 220 или 380 вольт и частотой тока 50 Гц. Включается в обычную розетку, если разговор ведем о бытовом сварочном инверторе.
• Поступивший в инвертор сварочный ток проходит через фильтр, где он сглаживается и становится постоянным.
• Полученная электрическая энергия проходит через блок транзисторов (с большой частотой коммутации), в результате получается опять переменный ток только с большей частотой – 20-50 кГц.
• Далее, напряжение тока преобразуется, оно на выходе инвертора снижается до 70-90 вольт. По закону Ома снижение напряжение дает повышение силы тока. На выходе (на конце электрода) будет сила тока, равная 100-200 ампер. Это и есть сила тока сварки.

Именно высокая частота тока является главным техническим решением в инверторных сварочных аппаратах. Оно позволяет добиться максимальных преимуществ перед другими источниками питания электрической сварочной дуги. В инверторах необходимая для сварки сила тока достигается изменением высокочастотного напряжения. В обычных сварочных трансформаторах этот процесс происходит за счет изменения электродвижущей силы (ЭДС) катушки индукции, которая является основной частью трансформатора.

Именно предварительное преобразование электроэнергии позволяет использовать в инверторах трансформаторные блоки с небольшими размерами. Для сравнения можно привести такой пример. Если необходимо на выходе получить ток силой 160 ампер, то для этого в инверторе потребуется установить трансформатор весом 300 г. Такой же ток на выходе обычных сварочных трансформаторов получится, если в него будет вмонтирован трансформатор с медной проволокой (катушкой) весом 20 кг.

Почему так происходит? Основным элементов сварочного аппарата трансформаторного типа являлся сам силовой трансформатор с катушками первичной и вторичной обмотки. Именно катушка позволяла снижать переменное напряжение и получить на выходе из второй обмотки токи большой величины, пригодные для инверторной сварки металлов. Появляется зависимость от падения напряжения до увеличения силы тока. При этом длина медной проволоки на вторичной обмотке уменьшалась, но увеличивался его диаметр. Отсюда и большие габариты сварочного аппарата, и его большой вес.

Принципиальная электрическая схема инверторного аппарата

В сварочных аппаратах инверторного типа все наоборот, небольшие размеры и вес. Но как получить высокочастотное напряжение, если его частота в сети всего лишь 50 Гц? На помощь приходит принципиальная инверторная схема прибора, которая состоит из мощных транзисторов. Именно они могут переключаться с частотой напряжение 60-90 кГц.

Но чтобы транзисторы заработали, необходим постоянный ток. Его получают посредством использования выпрямителя. Этот блок представляет собой соединение двух элементов: диодный мост, который выпрямляет переменное напряжение сети, и фильтрующие конденсаторы, с помощью которых происходит сглаживание. На выходе выпрямителя получается постоянно напряжение величиною более 220 вольт. Это первый этап преобразования напряжения и силы тока.

Полученное напряжение является источником питания для работы всей схемы аппарата. А так как мощные ключевые транзисторы подключены к трансформатору (понижающему), то и переключаться они будут с высокой частотой. Соответственно и сам сварочный агрегат будет работать на такой высокой частоте. Чтобы все это работало (преобразовывалось), необходимо в схему установить большое количество дополнительных элементов.

Чтобы разобраться в принципиальной схеме сварочного инвертора, необходимо рассмотреть любую модель.

Силовой блок

Не будем повторяться и рассказывать, как работает инверторный сварочный аппарат. Пройдемся по нюансам и элементам прибора.

• Сетевой выпрямитель. Его задача – из переменного тока сделать постоянный.
• Помеховый фильтр. Его устанавливают специально для того, чтобы помехи высокочастотного типа, появляющиеся в процессе работы сварочного инвертора, не попали в питающую сеть.
• Инвертор (преобразователь). По сути, это блок из мощных ключевых транзисторов, которые чаще всего собираются по принципу косого моста. Обязателен в связке радиатор, с помощью которого отводится тепло от транзисторов. Они подключаются к высокочастотному трансформатору, где через его обмотку происходит коммутация напряжения. Обратите внимание, что в самом трансформаторе преобразование напряжения (постоянное в переменное) не происходит. Эта обязанность возложена на транзисторы. Основное назначение трансформатора – это понижение напряжения до 60-70 вольт. В нем в первичной обмотке течет ток с большим напряжением, но с малой силой тока. Во вторичной, наоборот, с малым напряжением, но с большой силой.
• Выходной выпрямитель. Это диодный мост, в котором установлены диоды быстрого действия. Они за мгновения могут открыться и закрыться. Свойства очень важное, потому что эти элементы выпрямляют переменный высокочастотный ток. Простые диоды, установленные в инвертор, не успевали бы закрываться и открываться. В результате произошел бы их перегрев, итог – выход из строя.

Внимание! Необходимо знать, что на конденсаторах, установленных в фильтр, напряжение будет больше, чем на выходе диодного моста. Величина – 1,4-1,5 раз. При стабильном напряжении в сети в 220 вольт, на конденсаторах будет напряжение 310 вольт. Если в сети будет скачок, к примеру, до 250 вольт, то внутри аппарата в конденсаторах напряжение поднимется до 350 вольт. Вот почему используются конденсаторы с номинальным напряжением 400 В.

Вот основные элементы силового блока устройства инверторного сварочного аппарата. Есть еще блок управления, но он влияет на удобство работы агрегата и на его настойку (ручная или автоматическая).

Теперь вы знаете, из каких частей состоит инверторный источник сварочного тока. Еще раз повторимся. Это выпрямитель, инвертор, собранный из транзисторов, трансформатор, который понижает напряжение, и установленный на выходе выпрямитель. Для начинающих сварочников эти элементы ни о чем не говорят. И вроде бы знать о них им нет необходимости. Ведь работать с инвертором одно удовольствие.

• Он легкий (спасибо маленькому трансформатору).
• Легко варит достаточно толстые металлические детали (спасибо высокому току и низкому напряжению).
• Электрод не прилипает к поверхности металла (спасибо функции «Arc Force»).
• Процесс поджига электрода упрощен за счет подачи на его конец в начале работы тока большой силы. Эта функция сварочного инвертора называется Hot Start.
• Если появляется короткое замыкание при залипании электрода, напряжение в аппарате резко снижается до минимума. Это оберегает его от выхода из строя.

Итак, мы разобрались в устройстве сварочного инвертора, в его принципиальной схеме, и как он работает. Необходимо отметить, что к работающему сварочному инвертору (принцип работы у всех моделей одинаковый) есть несколько требований, два из которых – это длина питающего кабеля не больше 15 м и частота проводимого обслуживания – не реже двух раз в год. В основном его надо почистить от пыли.

Типы и принципы дуговой сварки | Дуговая сварка | Основы автоматизированной сварки

На этой странице описаны различные типы дуговой сварки, грубо разделенные на неплавящиеся и плавящиеся электроды, а также принципы генерации дуги и сварки.

Обязательна к прочтению всем, кто занимается сваркой!

Это руководство содержит основные сведения о сварке, такие как типы и механизмы сварки, а также подробные сведения об автоматизации сварки и устранении неисправностей.

Скачать

Дуговая сварка представляет собой тип сварки плавлением и широко используется в различных областях промышленности.
Существует много разновидностей дуговой сварки, которые выбираются в зависимости от характеристик материала, механизма оборудования и используемого газа. Дуговая сварка в среде защитного газа, в которой используется защитный газ для защиты сварного шва от атмосферы, например сварка TIG, сварка MIG и сварка MAG, широко используется из-за простоты автоматизации.

Дуговая сварка, включая дуговую сварку в среде защитного газа, в целом делится на два типа: плавящийся (плавкий) электрод и неплавящийся (неплавкий) электрод в зависимости от того, плавится ли сварочный стержень/проволока в процессе или нет.

Дуговая сварка

Расход электрода	Способ сварки
Неплавящийся (неплавкий) электрод типа	Сварка ВИГ Плазменная сварка
Плавкий (плавкий) электрод типа	Дуговая сварка защищенным металлом Сварка МАГ Сварка МИГ Электрогазовая дуговая сварка (EGW)

Приведенные выше классификации являются лишь примером. Существуют различные способы классификации типов, и некоторые из них могут отличаться от приведенных в таблице выше.

Скачать

Дуговая сварка использует электрическое явление, называемое дуговым разрядом. Дуговой разряд представляет собой явление электрического разряда газа и относится к току, выделяемому в воздухе. Когда напряжение, прикладываемое к двум пространственно разнесенным электродам, постепенно увеличивается, воздушная изоляция в конце концов разрывается, и между электродами течет ток, излучающий одновременно яркий свет и сильное тепло. Генерируемый дугообразный свет называется электрической дугой или дугой. Дуговая сварка – это сварка с использованием тепла дуги в качестве источника тепла.
При дуговой сварке к электроду (сварочному стержню/проволоке) прикладывается положительное напряжение, а к основному материалу прикладывается отрицательное напряжение. Это приводит к возникновению дуги от основного материала к электроду.
Выходной ток дуги составляет примерно от 5 до 1000 А, а выходное напряжение составляет примерно от 8 до 40 В. Температура дуги составляет примерно от 5000°C до 20000°C. Температура плавления железа около 1500°С. Следовательно, основной материал и электрод нагреваются до высокой температуры и сплавляются друг с другом.

1. Дуга
2. Сварка

Скачать

• Дуговая сварка Индекс
• Дуговая сварка Сварка ВИГ

ИНДЕКС

Что такое дуговая сварка? – Типы определений и процессов

Браузер не поддерживает сценарий.

Дуговая сварка — это тип сварочного процесса, в котором электрическая дуга создает тепло для расплавления и соединения металлов. Источник питания создает электрическую дугу между плавящимся или неплавящимся электродом и основным материалом с помощью постоянного (DC) или переменного (AC) тока.

Эта статья является одной из серии часто задаваемых вопросов (FAQ) TWI.

Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна помощь, напишите нам, чтобы получить консультацию специалиста:

contactus@twi. co.uk

Как это работает?

Дуговая сварка — это процесс сварки плавлением, используемый для соединения металлов. Электрическая дуга от источника питания переменного или постоянного тока создает сильное тепло около 6500 ° F , которое расплавляет металл в месте соединения двух заготовок.

Дуга может направляться вручную или механически вдоль линии соединения, в то время как электрод либо просто проводит ток, либо проводит ток и в то же время плавится в сварочной ванне, чтобы подавать присадочный металл к соединению.

Поскольку металлы химически реагируют с кислородом и азотом в воздухе при нагревании дугой до высоких температур, используется защитный защитный газ или шлак, чтобы свести к минимуму контакт расплавленного металла с воздухом. После охлаждения расплавленные металлы затвердевают, образуя металлическую связь.

Какие существуют типы дуговой сварки?

Этот процесс можно разделить на два разных типа; плавящимся и неплавящимся электродами.

Методы с расходуемым электродом

Сварка металлов в среде инертного газа (MIG) и сварка металлов в среде активного газа (MAG)

Также известная как Дуговая сварка металлов в среде защитного газа (GMAW) , используется защитный газ для защиты основных металлов от загрязнения.

Дуговая сварка металлическим электродом в среде защитного газа (SMAW)

Также известна как ручная дуговая сварка металлическим электродом (MMA или MMAW) стержень (электрод с флюсовым покрытием) и заготовка, и стержень, и поверхность заготовки расплавляются, образуя сварочную ванну. При одновременном расплавлении флюсового покрытия на стержне образуется газ и шлак, защищающий сварочную ванну от окружающей атмосферы. Это универсальный процесс, идеально подходящий для соединения черных и цветных металлов различной толщины во всех положениях.

Дуговая сварка порошковой проволокой (FCAW)

Созданная в качестве альтернативы SMAW, сварка FCAW использует расходуемый порошковый электрод с непрерывной подачей и источник питания постоянного напряжения, что обеспечивает постоянную длину дуги. В этом процессе используется либо защитный газ, либо только газ, создаваемый флюсом, для обеспечения защиты от загрязнения.

Дуговая сварка под флюсом (SAW)

Часто используемый процесс с непрерывной подачей расходуемого электрода и слоем плавкого флюса, который становится проводящим при расплавлении, обеспечивая путь тока между деталью и электродом. Флюс также помогает предотвратить брызги и искры, а также подавляет дым и ультрафиолетовое излучение.

Электрошлаковая сварка (ЭШС)

Вертикальный процесс, используемый для сварки толстых листов (более 25 мм) за один проход. ESW полагается на электрическую дугу, которая начинается до того, как добавление флюса погасит дугу. Флюс плавится по мере того, как расходуемая проволока подается в ванну расплава, в результате чего на поверхности ванны образуется расплавленный шлак. Тепло для расплавления кромок проволоки и пластины вырабатывается за счет сопротивления расплавленного шлака прохождению электрического тока.