Какое напряжение в сварочном аппарате

Основные требования к сварочным инверторам

Для того чтобы разобраться в работе сварочного инвертора затронем немного тему возникновения сварочной дуги. Рассмотрим вольт – амперную характеристику электрической дуги, возникающей при сварке (далее ВАХ).

Ниже показана вольт – амперная характеристика дуги в общем виде:

Как мы можем наблюдать из графика при малых токах, до 80 А, характеристика имеет падающий характер. Этим свойством необходимо пользоваться, потому что, если посмотреть на график, чем выше напряжение, прикладываемое к искровому промежутку, тем легче будет возникать электрическая дуга. Это значит, что дуга загорится от меньшего значения тока, чем на прямолинейном участке ВАХ. Как раз с целью облегчения зажигания дуги в сварочных инверторах применяют осцилляторы и прочие устройства, повышающие напряжения сварочных аппаратов. Для сварочных аппаратов инверторного типа стандартное напряжение колеблется, как правило, в промежутке от 70 В до 95 В и зависят от вольтдобавочной конструкции.

Приблизительный график ВАХ инвертора должен выглядеть примерно так:

Стабильный поджиг, а также поддерживание стабильного горение электрической дуги обеспечивает высокое напряжение холостого хода (ХХ). При обеспечении такой ВАХ легко поджигаются и хорошо горят электроды всех марок, также электроды для сварки цветных металлов, нержавейки и чугуна. Конечно выше показанная идеализированная ВАХ, но нужно стремится к получению именно такой характеристики. Мы рассмотрели участок только до 100 А, но главное на этом участке добиться значения ВАХ похожей на характеристику сварочной дуги, так как от этого зависит устойчивость дуги и качество сварочного шва. В итоге можно сформулировать первое требование к работе сварочного инвертора – это крутопадающая ВАХ. Если это условие не выполнено, то сварочный аппарат с достойными параметрами не получится.

Теперь рассмотрим участок от 80 А до 800 А. На этом участке дуга будет являться стабилизатором напряжения. Этот участок является наиболее подходящем для переноса расплавленного металла к свариваемому изделию. На данном участке напряжение дуги не зависит от тока, а зависит от ее длины.

Величину данного напряжения можно вычислить по формуле:

Где: UД – напряжение, В;

а – коэффициент, он постоянен и выражает сумму падений напряжений на катоде и аноде и не зависим от длины дуги, В;

b –напряжение среднее на единицу длины, В/мм;

L – длина дуги, мм;

Для стальных электродов коэффициенты а и b можно принять а=10 В, b=2 В/мм, соответственно напряжение для дуги длиной L=4 мм будет равно:

При атмосферном давлении и при сварке металлическим электродом будет гореть устойчиво при напряжении 18 – 28 В. Это и будет вторым требованием к нормальной работе сварочного инвертора. Итак, во всем рабочем диапазоне от 80 А до максимального значения тока, рабочее напряжение не должно уменьшатся менее 18 В, а чтоб поддержать гарантированно стабильную работу не ниже чем 22 – 24 В.

Рассмотрим третий участок кривой работы сварочного инвертора. Этот отрезок очень важен для обеспечения бесперебойной работы инвертора, ограничения тока КЗ, безопасной работы силовых ключей и так далее. В разных конструкциях преобразовательных устройств он может формироваться по разному. В инверторах с ШИМ модуляцией, ограничения тока силовой цепи реализовывают через обратную связь (ОС). В качестве датчика ОС применяют трансформатор тока. При достижении максимального тока импульс с трансформатора тока поступает на вход блока ограничения тока (БОТ), который выдает команду на прерывание импульсов силовых ключей.

На осциллограмме это будет выглядеть как уменьшение скважности импульсов (длительность импульса в открытом состоянии уменьшится), что приведет к уменьшению напряжения, но ток будет расти. Крутизна такого участка будет зависеть от быстроты реакции контроллера на изменения в нагрузке. Для резонансных инверторов этот участок ВАХ имеет более пологий наклон. Это зависит от добротности L – C цепочки – чем она выше, тем более крутой угол наклона кривой. Поэтому при правильной настройке сварочного аппарата можно обойтись без токовой ОС. Как видим резонансные преобразователи не боятся режима КЗ. И это будет третье требование к сварочным инверторам.

Также нужно обратить внимание на такие виды защит как:

  • Безопасность сварщика. Он не должен попасть под опасное для жизни напряжение;
  • Защита от длительного КЗ и перегрева силовых частей инвертора;
  • Защиту от попадания влаги и пыли в устройство;
  • Система стабилизации горения дуги и поджига;

Практика сварочного обмана. Как не проколоться при выборе аппарата. Часть 2

Работа при пониженном напряжении в питающей сети

Данная особенность аппарата, в условиях отечественных электросетей – безусловно важна. Если инвертор не справляется с просадкой в сети до 190В – грош ему цена. Работа в гараже или на даче, в местах, где сети не могут похвастать стабильностью, – будет просто невозможна. Даже если в вашей розетке стабильно 220В, то при использовании удлинителей в 30, 50 или 100 метров – просадок всё равно не избежать.

Обман, как и в случае с дополнительными функциями, вызван страхом производителей проиграть в конкурентной борьбе. Если все продавцы техники обещают, что их инверторы работают при 160 В в розетке, почему бы не заявить, что наш «Дуб» не может работать и при 120 В, не теряя при этом в качестве шва.

Простейший способ проверки работоспособности инвертора при пониженном напряжении – использовать устройство под названием ЛАТР. Лабораторный АвтоТрансформатор позволяет настроить нужные параметры напряжения и посмотреть, как сварочный аппарат, подключенный через прибор, будет справляться со сваркой. Как вы понимаете, данное оборудование найдётся далеко не в каждом гараже. В лаборатории Aurora данное устройство имеется, и тесты на работу при низком напряжении в сети мы обязательно будем проводить. Так что следите за обновлениями видео на канале Aurora Online Channel.

Другая крайность – обещание продавцов сварочной техники, что при 100-110В в питающей сети аппарат будет выдавать такой же результат сварки, что и при номинальном напряжении. Это, безусловно, не правда. Сварочный ток аппарата снижается пропорционально напряжению в сети. Вопрос только при каком напряжении в розетке качество шва при работе с данным диаметром электрода станет неприемлемым. Для некоторых аппаратов это 180 В, для других 160 В.

Ещё раз повторим, работа с питающим напряжением в 220 В является гарантией идеального сплавления кромок свариваемого металла, снижение напряжения – является нештатной ситуацией и ожидать высокого качества сварочного шва в таких условиях нельзя.

Судя по рекламе – сварка при сверхнизком напряжении в питающей сети является чуть ли не главным требованием к аппарату. Между тем, хотим обратить внимание покупателей, что сварка процесс многосоставной. Кроме собственно сплавления кромок металла, нужно провести значительный объём подготовительных работ. Разрезать заготовки, зачистить место сварки, в конце концов осветить рабочее место сварщика. А падении напряжения до 140-160В ни болгарка, ни даже освещение работать не будут.

Пределы регулирования сварочного тока

Эта характеристика позволяет понять, как сварочный аппарат справится с работой с разными диаметрами электродов. Чем тоньше свариваемый металл, тем меньше должен быть сварочный ток, и соответственно, диаметр выбранного электрода. Учитывая, что минимальный диаметр электродов в свободной продаже составляет 1.6 мм, ток для них должен быть в районе 40-50А. Для работы с большими толщинами заготовок, ток, напротив, должен быть высоким, для электрода 4мм, – 140-200А.

Стоит напомнить, что ток сварки подбирается в зависимости от диаметра электрода. Для приближённых расчётов используется формула:

Значения коэффициента k – можно узнать из таблицы:

Кратность регулирования сварочного тока вычисляется делением максимального сварочного тока на минимальный.

Iсв. max/Iсв. Min.

Для простейших бытовых ММА аппаратов данное соотношение должно быть не менее 2, для профессиональной техники и производственного оборудования – от 3 до 8.

Обман в данном случае может сводиться к преувеличению диапазона регулировок. Если аппарат выдаёт ток от 80 до 120А – работать с электродами тоньше 2.5 и толще 4 мм – будет сложно.

Устойчивость и стабильность процесса сварки

Любитель, который сталкивается со сваркой впервые, думает, что раз электрод «искрит» – значит аппарат работает. Это неверно. Если аппарат зажигает дугу, это совсем не значит, что процесс сплавления кромок свариваемого металла идёт так, как нужно.

Бывает, что аппарат даже выдаёт заявленные токовые характеристики, а сварка всё равно не идёт. И тут стоит обратить внимание на ещё один принципиальный момент – устойчивость системы: «Источник питания-Дуга». Для того чтобы процесс сварки был стабильным должны выполняться следующие условия:

U (напряжение) дуги = U источника
I (ток) дуги = I источника.

Графически эти равенства определяются точкой пересечения статической Вольт-амперной характеристики дуги (СВАХ дуги) и статической внешней характеристики источника питания (Внешняя характеристика ИП).

Все эти ВАХ и СВАХ для обывателя – тёмный лес. А значит жулики будут этим беззастенчиво пользоваться. К примеру, есть два аппарата с одинаковыми токовыми характеристиками: EWM PICO 162 и наш, уже знаменитый «Дуб». Допустим оба аппарата выдают заявленный номинальный ток в 150А, при этом сварка PICO – просто песня. Аппарат не варит а шепчет. В то время как у владельца «ДУБа» – проблема… очень много брызг, дуга не стабильна и то обрывается, то прожигает дыры в заготовках. В чём может быть дело? Да как раз, в форме внешней характеристики источника. Так что соберитесь, и постарайтесь вникнуть в детали, о которых пойдёт речь далее:

СВАХ дуги представляет собой зависимость напряжения дуги от её тока, т.е. U дуги= ʄ (I дуги) (Напряжение дуги – есть функция от тока дуги).

Т.к. дуга является нелинейным элементом электрической цепи, то и СВАХ дуги будет иметь криволинейный характер и состоять из 3-х характерных участков: падающего, жёсткого и возрастающего.

При разных способах сварки СВАХ дуги реализуется только на некоторых участках. Для ММА сварки это падающий и жёсткий:

Положение СВАХ дуги зависит от длинны дуги

Удаляя электрод от детали сварщик удлиняет дугу напряжение при этом растёт (L1), приближая электрод к поверхности дуга уменьшается, а вместе с ней падает и напряжение (L3).

Внешняя характеристика источника питания

Внешняя характеристика источника питания представляет собой зависимость напряжения на внешних зажимах от тока, т.е. U источника = ʄ (I дуги). (Напряжение на внешних зажимах источника есть функция от тока дуги)

Внешняя характеристика может быть падающей (1), Жёсткой (2), или возрастающей (3).

Для каждого способа сварки, для того, чтобы добиться устойчивости процесса – необходим источник питания с определённой внешней характеристикой. Для ММА сварки источник питания в общем виде должен иметь падающую или круто падающую внешнюю характеристику:

Сварщик не может удержать дуговой промежуток неизменным. Длинна дуги во время сварки то увеличивается, то уменьшается, соответственно меняется и сила тока. При падающей внешней характеристике изменение длинны дуги сопровождается незначительными изменениями сварочного тока. Это значит, что размер сварочной ванны и геометрические параметры шва остаются постоянными. Чем круче падение графика внешней характеристики источника питания – тем меньше изменения тока. Сварщик может удлинять дугу не опасаясь её обрыва, или укорачивать её без опасения прожечь заготовку.

Давайте остановимся на падающей внешней характеристике подробнее, почему важна именно такая форма графика, и чем чреват обман? Предположим, что мы решили использовать для сварки аппарат с полого падающей внешней характеристикой, которой, кстати, часто грешат производители бюджетного сварочного оборудования. Некоторые производители в погоне за высокими токами, вместо номинального сварочного тока указывают ток короткого замыкания. При разработке дешёвого аппарата инженеры не мудрят, а создают источник с такой вот внешней характеристикой:

Ток короткого замыкания здесь, допустим, 200А, которые, недобросовестные продавцы обозначают как номинальный сварочный ток. Однако из данного графика видно, напряжение дуги при токе в 200А – равно нулю, а значит сварочный процесс будет невозможен. Для нормального сплавления кромок металла, напряжение 200-амперного источника должно быть в районе 28 В (откуда появилось это значение мы расскажем чуть позже, когда будем говорить об условной рабочей нагрузке), а значит максимальный сварочный ток приведённого на графике инвертора будет значительно ниже заявленного производителем значения.

Чем ещё плоха данная внешняя характеристика для аппаратов ММА?


При изменении длинны дуги – будет серьёзно меняться и выдаваемый ток аппарата. Как видите диапазон изменения тока при полого падающей характеристике – очень велик, а значит о стабильности сварочного процесса говорить не приходится: аппарат с пологой ВАХ будет то прожигать металл, то не проваривать его в зависимости от положения электрода относительно сварочной ванны. Так же можно сказать, что для сварки покрытым электродом не подходят аппараты с жёсткой или возрастающей внешней характеристикой. Добиться стабильного процесса сварки при таких условиях будет невозможно.

В случае с крутопадающей внешней характеристикой Источника питания диапазон изменения тока будет незначителен, а значит процесс сплавления металла – гораздо стабильнее:

Именно поэтому, для ММА сварки так принципиальна крутизна падения графика. Чем круче – тем стабильнее процесс.

У современных источников питания для ММА сварки внешняя характеристика может быть комбинированной и состоять из 4-х участков:

Такая характеристика обеспечивает соответствие инвертора специфическим требованиям к каждой стадии сварочного процесса.

1 участок – Высоковольтной подпитки

Формируется специальной цепью с напряжением холостого хода 80-100В и Током короткого замыкания 10-50А, для обеспечения стабильности сварочного процесса при работе на малых токах.

2 участок – пологопадающий или жёсткий

Формируется основной силовой цепью с напряжением холостого хода 40-60В, с наклоном 0-0.05 В/А.

Эти параметры выбирают на основе компромисса:

  • Требования экономичности (чем ниже напряжение холостого хода, тем дешевле источник питания)
  • Получение удовлетворительных сварочных свойств: чем выше напряжение холостого хода, тем выше надёжность зажигания и эластичность дуги.

3 участок – крутопадающий (рабочий режим)

Обеспечивает поддержание устойчивого дугового разряда при установленном значении сварочного тока. Наклон участка можно изменять при проектировании источника – чем он круче, тем выше стабильность тока при изменении длинны дуги. Именно падающая форма данного участка, как уже было сказано, – гарантирует постоянство глубины проплавления и эластичность дуги.

4 участок – Форсирование дуги

О данном отрезке мы говорили выше, когда разбирались с функцией Arc Force. Некоторые источники имеют регулировку форсажа, что позволяет изменять жёсткость дуги. Уменьшение форсирования снижает разбрызгивание, увеличение – позволяет добиться увеличения глубины проплавления и снижение возможности залипания электрода.

Вы можете посмотреть данную статью в видео-ролике:

Главные характеристики сварочных инверторов

Рабочий диапазон входного напряжения
Отечественный стандарт однофазного напряжения с 2002 года составляет 230 вольт при частоте 50 герц. По привычке с советских времен мы говорим «220 вольт». Именно таков был стандарт в СССР. С точки зрения того же ГОСТ, допускающего долговременное (читай – постоянное) отклонение уровня напряжения в 5%, 220 вольт – в пределах нормы.

Частота питающего сигнала для сварочного инвертора значения не имеет. 50 или 60 Гц – все равно на входе аппарата переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное. А вот уровень напряжения значение имеет, причем очень серьезное.

Во-первых, любой сварочный инвертор имеет диапазон напряжения питания, в пределах которого он работает. При выходе уровня напряжения питания за эти границы аппарат перестает функционировать.

Рабочий диапазон напряжения питания определяется конструктивными особенностями самого аппарата. Например, аппарат серии «Хозяин» Best Rus может функционировать в диапазоне напряжения питания от 185 до 265В. Если напряжение ниже 185В или выше 265В, он сообщит об ошибке и не будет выдавать никакого сварочного тока. Аппарат серии Best Mini сможет функционировать при пониженном напряжении вплоть до 140 вольт и повышенном до тех же 265В. Если напряжение выйдет за указанные рамки в процессе работы, аппарат остановит процесс сварки.

Характерно, что напряжение в ограниченных по мощности источниках может существенно проседать с поджигом дуги. Померили напряжение в розетке – 230В. Подключили аппарат, стали варить – «не тянет». Отключили, опять замерили напряжение – 230В. Включили, стали варить – опять не тянет. А оказывается, сварочный аппарат для местного участка цепи – явная перегрузка. Типичное следствие перегрузки – снижение уровня напряжения. Поэтому полезной функцией является вольтметр входящего напряжения.

А вот трансформаторные аппараты ММА такого недостатка как ограниченный диапазон рабочего входного напряжения не имеют: у них нет нижней границы рабочего диапазона напряжения питания. Каким бы низким ни было напряжение питания, трансформаторный аппарат ММА будет выдавать сварочный ток. Правда, возможно, он будет бесполезно малым. Но об этом подробнее несколько позже.

Блок PFC
Для снижения нижней границы рабочего диапазона существует 2 принципиальных конструкционных решения:

  1. Комбинирование характеристик штатных узлов аппарата. Например, изменение соотношения числа витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.
  2. Добавление дополнительных узлов, обеспечивающих изменение электрических параметров.

Ко второй категории относится добавление т.н. блока PFC – блока корректировки коэффициента мощности (Power Factor Correction). Это дополнительный электронный узел, обеспечивающий повышение эффективности использования поступающей энергии.

В числовом исчислении возможности блока PFC в части повышения эффективности используемой энергии небезграничны – в пределах 15%. Но применение данного блока также позволяет снизить нижнюю границу рабочего диапазона напряжения до 90В и даже ниже. В то время как добиться границы ниже 140 вольт при сохранении всех основных параметров просто варьированием характеристик штатных узлов затруднительно.

Остается добавить, что сам по себе блок PFC – решение весьма затратное. Поэтому его реализуют только на мощных и сравнительно дорогих аппаратах.

Расчет потребляемой мощности аппарата ММА
И вот самый интересный и практичный момент статьи: какую же мощность потребляет сварочный аппарат ММА?

Мощность на выходе, т.е. на сварочных проводах, у любого аппарата ММА, если только он выдает заявленные характеристики, т.е. обеспечивает для сварочного тока требуемое по ГОСТ напряжение дуги, одинакова:

Рвых = Iсвар*(20 + 0,04*Iсвар)

Где Iсвар – сила используемого сварочного тока, а (20+0,04*Iсвар) – требуемое по стандарту напряжение сварочной дуги.

Но в процессе прохождения электротока по компонентам аппарата часть энергии преобразуется в тепло (нагрев компонентов) и улетучивается с воздухом, нагнетаемым вентиляторами охлаждения. КПД (Коэффициент Полезного Действия) отражает процент эффективно преобразованной энергии. В зависимости от режима эксплуатации и условий окружающей среды его значение будет варьироваться. Но усреднено можно взять 85%, или 0,85.

Однако и это еще не все. Сварочный инверторный аппарат также имеет реактивную нагрузку. Т.е. из полученной от источника энергии часть возвращается в сеть не преобразованной. Долю преобразованной энергии от общей потребленной указывает показатель коэффициента мощности. В отечественной классификации он же называется «косинус фи». В разных инверторах он может существенно разниться. А в пределах одного и того же аппарата он будет не одинаков для различных токов. Усреднено можно взять тоже 0,85. (В России запрещена эксплуатация электрических приборов, подключаемых к бытовым сетям, если их «косинус фи» ниже 0,7).

И вот теперь можно записать формулу полной мощности, потребляемой аппаратом ММА от сети 230В:

Рпотр = Iсвар*(20 + 0,04*Iсвар)/0,85/0,85

У аппаратов, оборудованных блоком PFC, коэффициент мощности выше – 0,95-0,98. Поэтому формула для них будет выглядеть так:

Рпотр = Iсвар*(20 + 0,04*Iсвар)/0,85/0,98

Обратите внимание, что полная мощность указывается в Вольт-Амперах, а не Ваттах!

Простые расчеты по приведенной формуле показывают, что аппарат без блока PFC на сварочном токе 160А будет потреблять около 5,9кВА (ток 25А при напряжении 230В), а при токе 200А – 7,6кВА (ток 34А при напряжении 230В).

У таких же аппаратов с блоком PFC эти цифры составят 5,1кВА (22А при 230В) и 6,7кВА (29А при 230В), соответственно.

А теперь вопрос: на какой максимальный ток рассчитана обычная бытовая розетка? Напомню: 16А (3,68кВА) . При более высоком токе выбивает пробки.

Если у Вас есть ребенок-старшеклассник или Вы сами обожаете решать квадратные уравнения, попрактикуйтесь. Для остальных сообщу, что 3,68кВА обычной розетки позволят варить током не более 105А. (При наличии блока PFC – чуть больше 120А). Так что какой бы ни был у Вас номинал сварочного аппарата ММА, от розетки варить электродом толще 3,2 мм не получится.

На практике при разрыве сварочной дуги потребляемая мощность несколько повышается. Причем процент увеличения потребляемой при разрыве дуги мощности может существенно разниться. Однако в наше время, когда ценовая конкуренция не позволяет раскошеливаться на компоненты «с запасом», эта цифра чаще всего существенно ниже 20%, а по времени занимает долю секунды. Потому в расчетах обычно не учитывается.

При использовании трехфазных аппаратов, подключаемых к источнику 380В (400В), расчет потребляемой мощности производится аналогичным путем, но результат нужно разделить на «корень из 3», что составляет приблизительно 1,73.

Работа от пониженного напряжения
Работа от пониженного напряжения имеет свою специфику. Она заключается в том, что при пониженном уровне напряжения аппарат выдает меньший сварочный ток, чем заявлено для нормального напряжения. Чем ниже напряжения питания, тем ниже максимальный сварочный ток. Ведь с понижением уровня напряжения снижается уровень отбираемой аппаратом мощности. При этом дисплей будет показывать расчетное значение, а не фактическое. К сожалению, лишь единицы производителей указывают реальный максимальный ток для различных уровней напряжения питания.

Например, аппарат Best Mini 160 при напряжении 220 вольт обеспечивает сварочный ток 160А при напряжении дуги 26,4В. Этого с лихвой хватает, чтобы варить электродом 4,0 мм. При 140В входного напряжения Best Mini 160 работать будет, но током не выше 100А при 24В напряжения дуги. Этого хватит, чтобы варить электродом 3,2 мм, но не 4,0 мм.

Таблица изменения рабочего диапазона сварочного тока Best Mini 160 в зависимости от уровня входного напряжения выглядит следующим образом:

Уровень вход.напряжения Диапазон рабочего тока Диаметр электрода
220В 10-160А 1,6-4,0мм
200В 10-160А 1,6-4,0мм
180В 10-160А 1,6-4,0мм
160В 10-120А 1,6-3,2мм
140В 10-100А 1,6-3,2мм

Хотя при 140В напряжения питания на дисплее Best Mini 160 и будет красоваться 160А, реально будет выдаваться только 100. То же и у любого другого аппарата ММА. Если бы сварочный ток действительно замерялся, цифры на дисплее непрерывно скакали бы.

Получается, что брать аппарат с «запасом» по току имеет смысл, когда известны:

  • точный уровень пониженного напряжения питания;
  • каков диапазон рабочего тока у аппарата при таком уровне напряжения.

Пониженный уровень напряжения питания сказывается не только на количественном показателе сварочного тока, снижая верхнюю границу его диапазона, но и на качестве тока. Аппараты, которые при нормальном напряжении легко варят электродами УОНИ, с понижением уровня напряжения питания утрачивают эту способность.

С понижением уровня напряжения также снижается уровень напряжения холостого хода (оно же напряжение без нагрузки). Поджиг электродов усложняется пропорционально снижению уровня напряжения.

Работа от генератора
В заключение буквально пару замечаний о работе сварочных инверторов ММА от генератора:

Инвертор постоянного или переменного тока – какой выбрать

С момента своего появления и по сегодняшний день сварка прочно удерживает первенство в процессах соединения различных деталей, изделий и элементов металлических конструкций. Такая широкая сфера применения требует большого количества методов и технологий. Для того чтобы иметь возможность варить значительный ассортимент металлов, используют различные виды сварочных токов.

Виды сварочного тока

Сварочные трансформаторы выдают на выходе переменный ток (AC) сетевой частоты, то есть 50 герц. Скажем откровенно: сваривание металлов таким способом – процесс достаточно проблематичный. Во-первых, требуются сварщики высокой квалификации, во-вторых, шов получается недостаточно качественным.

Изменение напряжения дуги 100 раз в секунду приводит к соответствующим изменениям в скорости переноса расплавленного металла и температуры сварочной ванны. Результатом этих процессов станет разбрызгивание металла и неравномерность провара. Кроме того, такому виду сваривания свойственен уход шва в сторону.

Лучшие показатели получаются при ведении сварки постоянным (DC) током как прямой, так и обратной полярности (для подключения обратной полярности «+» и «-» источника меняют местами).

Постоянный ток можно получить от сварочного трансформатора с дополнительным силовым выпрямителем. Но, как вы понимаете, это вызовет лишние расходы. Наилучшие возможности предлагают нам инверторы. Здесь можно получить на выходе как переменное, так и постоянное напряжение.

Переменное напряжение сварочных инверторов имеет высокую частоту, за счет чего параметры дуги становятся более стабильными и по своим характеристикам приближаются к параметрам дуги постоянного тока. Некоторые металлы и сплавы можно варить только переменным током, например, алюминий, который имеет очень специфическую оксидную плёнку на поверхности. Эта плёнка может быть разрушена только переменным током. Таким образом, на сегодняшний день мы имеем широко востребованными три вида сварочного тока:

постоянный прямой полярности;

постоянный обратной полярности.

Инверторы постоянного и переменного тока

Устройство и отличие

Рассмотрим принцип работы инвертора переменного тока. Преобразование сетевого напряжения в сварочное происходит в следующей последовательности. Вначале оно выпрямляется и поступает на преобразователь, который генерирует высокочастотную последовательность импульсов. Основная идея состоит в том, чтобы на понижающий трансформатор подать напряжение сети 220 вольт с частотой не 50 Гц, а 30 – 70 кГц.

В этом случае значительно снижаются габариты и вес трансформатора. Для того чтобы вы смогли представить себе эту колоссальную разницу, приведем пример: трансформатор мощностью около 5000 Вт, преобразующий напряжение частотой 50 Гц, будет весить около 20 килограммов. Трансформатор такой же мощности, но работающий на частоте 50 кГц будет весить 250грамм. Что вы выберете?

Далее пониженное до 60 вольт напряжение поступает на сварочный электрод с выхода трансформатора.

Инвертор постоянного тока в большей части повторяет схему инвертора переменного тока. Но на выходе добавлен выпрямитель, который преобразует выходное переменное напряжение в постоянное.

Что выбрать

С отличиями в устройстве этих типов источников питания для сварочных процессов мы разобрались. Но, по большому счёту, для большинства пользователей устройство источника питания представляет слабый интерес. Более важным для него является назначение различных источников и области их применения. Это и станет, в конце концов, решающим при выборе.

Постарайтесь выбрать сварочный источник питания, который можно подключить к существующей сети без риска её перегрузки. Кроме того, назначение источника должно соответствовать работам, которые вы собираетесь выполнять с его помощью. Для правильного выбора ознакомьтесь с особенностями сваривания различных металлов.

Отличается ли сварка переменным и постоянным током

Сваривание металлов постоянным током, полученным от инверторных преобразователей, позволяет получить качественный сварной шов даже сварщикам невысокой квалификации. Отсутствие изменений направления и силы тока, свойственные переменному напряжению, обеспечивают ровное и стабильное горение дуги, что приводит к увеличению глубины проплавления металла и создаёт условия увеличения механической прочности сварного соединения.

Ещё одно существенное преимущество сварки постоянным током – уменьшение разбрызгивания металла, которое экономит электроды, присадочные материалы и повышает производительность труда за счёт уменьшения объёмов работ по зачистке швов.

Инверторные преобразователи входят в состав различных аппаратов как источники питания. Аппараты ручной дуговой сварки прекрасно справляются со свариванием стальных и чугунных деталей. Для сваривания нержавеющих сталей и цветных металлов, лучше использовать аппараты аргонно-дуговой сварки. Автомобильный кузов обычно ремонтируют точечной сваркой на базе того же инвертора постоянного тока.

Обратная полярность напряжения имеет свои преимущества и недостатки, в сравнении со свариванием постоянным напряжением прямой полярности. Для реализации этого метода требуются специальные электроды или проволока (в случае работы на полуавтомате). Принятие решения об использовании той или иной полярности зависит от особенностей процесса и вида сварочного оборудования.

Сварку переменным током используют для соединения тугоплавких металлов. В современной практике этот вид применяется для сваривания деталей, имеющих загрязнённую поверхность. Так иногда случается, что очистить деталь либо невозможно, либо очень сложно. Этот метод хорошо справляется с оксидными плёнками на поверхности металлов, даже на алюминии. На крупносерийных производствах сваривание переменным током используют как способ снижения себестоимости работ на изделиях, не требующих особой точности шва.

Делаем выводы: каждый вид имеет место в производстве, но наиболее универсальным и подходящим для дома, гаража, дачи является сварка изделий постоянным током, получаемым от сварочных инверторов. В подтверждение справедливости наших выводов можно привести статистические данные, говорящие о том, что 95,9 % сварочных аппаратов, купленных в Москве в прошлом году, составили аппараты на основе инверторов постоянного тока. Приобрести инверторные аппараты постоянного тока вы можете от производителя КЕДР на официальном сайте:

Устройство сварочного инвертора

Принцип работы сварочного инвертора

В настоящее время стали очень популярны и доступны по цене сварочные аппараты инверторного типа.

Несмотря на свои положительные качества, они, как и любое другое электронное устройство, временами выходит из строя.

Чтобы отремонтировать инвертор сварочного аппарата нужно хотя бы поверхностно знать его устройство и основные функциональные блоки.

В первых двух частях будет рассказано об устройстве сварочного аппарата модели TELWIN Tecnica 144-164. В третьей части будет рассмотрен пример реального ремонта сварочного инвертора модели TELWIN Force 165. Информация будет полезна всем тем начинающим радиолюбителям, которые хотели бы научиться самостоятельно ремонтировать сварочные аппараты инверторного типа.

Дальше будет много букв – наберитесь терпения .

Сам инверторный сварочный аппарат представляет не что иное, как довольно мощный блок питания. По принципу действия он очень схож с импульсными блоками питания, например, компьютерными блоками питания AT и ATX. Вы спросите: «Чем они похожи? Это ведь абсолютно разные устройства…». Схожесть заключается в принципе преобразования энергии.

Основные этапы преобразования энергии в инверторном сварочном аппарате:

1. Выпрямление переменного напряжения электросети 220V;

2. Преобразование постоянного напряжения в переменное высокой частоты;

3. Понижение высокочастотного напряжения;

4. Выпрямление пониженного высокочастотного напряжения.

Это кратко, так сказать, на пальцах . Такие же преобразования происходят в импульсных блоках питания для ПК.

Спрашивается, а зачем нужны эти пляски с бубном (несколько ступеней преобразования напряжения и тока)? А дело тут вот в чём.

Ранее основным элементом сварочного аппарата являлся мощный силовой трансформатор. Он понижал переменное напряжение электросети и позволял получать от вторичной обмотки огромные токи (десятки – сотни ампер), необходимых для сварки. Как известно, если понизить напряжение на вторичной обмотке трансформатора, то можно во столько же раз увеличить ток, который может отдать нагрузке вторичная обмотка. При этом уменьшается число витков вторичной обмотки, но и растёт диаметр обмоточного провода.

Из-за своей высокой мощности, трансформаторы, которые работают на частоте 50 Гц (такова частота переменного тока электросети), имеют весьма большие размеры и вес.

Чтобы устранить этот недостаток были разработаны инверторные сварочные аппараты. За счёт увеличения рабочей частоты до 60-80 кГц и более, удалось уменьшить габариты, а, следовательно, и вес трансформатора. За счёт увеличения рабочей частоты преобразования в 4 раза удаётся снизить габариты трансформатора в 2 раза. А это приводит к уменьшению веса сварочного аппарата, а также к экономии меди и других материалов на изготовление трансформатора.

Но где взять эти самые 60-80 кГц, если частота переменного тока электросети всего 50 Гц? Тут на выручку приходит инверторная схема, которая состоит из мощных ключевых транзисторов, которые переключаются с частотой 60-80 кГц. Но чтобы транзисторы работали, необходимо подать на них постоянное напряжение. Его получают от выпрямителя. Напряжение электросети выпрямляется мощным диодным мостом и сглаживается фильтрующими конденсаторами. В результате на выходе выпрямителя и фильтра получается постоянное напряжение величиной более 220 вольт. Это первая ступень преобразования.

Вот это напряжение и служит источником питания для инверторной схемы. Мощные транзисторы инвертора подключены к понижающему трансформатору. Как уже говорилось, транзисторы переключаются с огромной частотой в 60-80 кГц, а, следовательно, трансформатор работает также на этой частоте. Но, как уже говорилось, для работы на высоких частотах требуются менее громоздкие трансформаторы, ведь частота то уже не 50 Гц, а все 65000 Гц! В результате трансформатор «сжимается» до весьма малых размеров, а мощность его такая же, как и у здоровенного собрата, который работает на частоте 50 Гц. Думаю, идея понятна.

Вся эта петрушка с преобразованием привела к тому, что в схемотехнике сварочного аппарата появляется куча всяких дополнительных элементов, служащих для того, чтобы аппарат стабильно работал. Но, хватить теории, перейдём к “мясу”, а точнее к реальному железу и тому, как оно устроено.

Устройство сварочного аппарата инверторного типа. Часть 1. Силовой блок.

Разбираться в устройстве сварочного инвертора желательно по схеме конкретного аппарата. К сожалению, схемы на TELWIN Force 165 я не нашёл, поэтому нагло позаимствуем схему из руководства по ремонту другого аппарата – TELWIN Tecnica 144-164. Фотографии аппарата и его начинки будут от TELWIN Force 165, так как именно он оказался в моём распоряжении. Исходя из анализа схемотехники и элементной базы, особых отличий между этими моделями практически нет, если не учитывать мелочи.

Внешний вид платы сварки TELWIN Force 165 с указанием расположения некоторых элементов схемы.

Принципиальная схема сварочного аппарата инверторного типа TELWIN Tecnica 144-164 состоит из двух основных частей: силовой и управляющей.

Сначала разберёмся в схемотехнике силовой части. Вот схема. Картинка кликабельна (нажмите для увеличения – откроется в новом окне).

Сетевой выпрямитель.

Как уже говорилось, сначала переменный ток электросети 220V выпрямляется мощным диодным мостом и фильтруется электролитическими конденсаторами. Это нужно для того, чтобы переменный ток электросети частотой 50 герц стал постоянным. Конденсаторы С21, С22 нужны для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, которые всегда присутствуют после диодного выпрямителя. Выпрямитель реализован по классической схеме диодный мост. Он выполнен на диодной сборке PD1.

Следует знать, что на конденсаторах фильтра напряжение будет больше в 1,41 раза, чем на выходе диодного моста. Таким образом, если после диодного моста мы получим 220V пульсирующего напряжения, то на конденсаторах будет уже 310V постоянного напряжения (220V * 1,41 = 310,2V). Обычно же рабочее напряжение ограничивается отметкой в 250V (напряжение в сети ведь может быть и завышенным). Тогда на выходе фильтра мы получим все 350V. Именно поэтому конденсаторы имеют рабочее напряжение 400V, с запасом.

На печатной плате сварочного аппарата TELWIN Force 165 элементы сетевого выпрямителя занимают довольно большую площадь (см. фото выше). Выпрямительный диодный мост установлен на охлаждающий радиатор. Через диодную сборку протекают большие токи и диоды, естественно, нагреваются. Для защиты диодного моста на радиаторе установлен термопредохранитель, который размыкается при превышении температуры радиатора выше 90С 0 . Это элемент защиты.

В выпрямителе применяются диодные сборки (диодный мост) типа GBPC3508 или аналогичный. Сборка GBPC3508 рассчитана на прямой ток (I0) – 35А, обратное напряжение (VR) – 800V.

После диодного моста установлены два электролитических конденсатора (здоровенькие бочонки) ёмкостью 680 микрофарад каждый и рабочим напряжением 400V. Ёмкость конденсаторов зависит от модели аппарата. В модели TELWIN Tecnica 144 – 470 мкф., а в TELWIN Tecnica 164 – 680 мкф. Постоянное напряжение с выпрямителя и фильтра подаётся на инвертор.

Помеховый фильтр.

Для того чтобы высокочастотные помехи, которые возникают из-за работы мощного инвертора, не попадали в электросеть, перед выпрямителем устанавливается фильтр ЭМС – электромагнитной совместимости. На английский манер аббревиатура ЭМС обозначается как EMC (ElectroMagnetic Compatibility). Если взглянуть на схему, то фильтр EMC состоит из элементов С1, C8, C15 и дросселя на кольцевом магнитопроводе T4.

Инвертор.

Схема инвертора собрана по схеме так называемого “косого моста”. В нём используется два мощных ключевых транзистора. В сварочном инверторе ключевыми транзисторами могут быть как IGBT-транзисторы, так и MOSFET. Например, в моделях Telwin Tecnica 141-161 и 144-164 используются IGBT-транзисторы (HGTG20N60A4, HGTG30N60A4), а в модели Telwin Force 165 применены высоковольтные MOSFET-транзисторы (FCA47N60F). Оба ключевых транзистора устанавливаются на радиатор для отвода тепла. Фото одного из двух транзисторов MOSFET типа FCA47N60F на плате TELWIN Force 165.

Снова взглянем на принципиальную схему и найдём на ней элементы инвертора.

Постоянное напряжение коммутируется транзисторами Q5 и Q8 через обмотку импульсного трансформатора T3 с частотой гораздо большей, чем частота электросети. Частота переключений может составлять несколько десятков килогерц! По сути, создаётся переменный ток, как и в электросети, но только он имеет частоту в несколько десятков килогерц и прямоугольную форму.

Для защиты транзисторов от опасных выбросов напряжения используются демпфирующие RC-цепи R46C25, R63C30.

Для понижения напряжения используется высокочастотный трансформатор T3. С помощью транзисторов Q5, Q8 через первичную обмотку трансформатора T3 (обмотка 1-2) коммутируется напряжение, которое поступает от сетевого выпрямителя (DC+, DC-). Это то самое постоянное напряжение в 310 – 350V, которое было получено на первом этапе преобразования.

За счёт коммутирующих транзисторов постоянное напряжение преобразуется в переменное. Как известно, трансформаторы постоянный ток не преобразуют. Со вторичной обмотки трансформатора T3 (обмотка 5-6) снимается уже намного меньшее напряжение (около 60-70 вольт), но максимальный ток может достигать 120 – 130 ампер! В этом и заключается основная роль трансформатора T3. Через первичную обмотку течёт небольшой ток, но большого напряжения. Со вторичной обмотки уже снимается малое напряжение, но большой ток.

Размеры этого самого трансформатора невелики.

Его вторичная обмотка выполнена несколькими витками ленточного медного провода в изоляции. Сечение провода внушительное, да и не мудрено, ток в обмотке может достигать 130 ампер!

Далее со вторичной обмотки импульсного трансформатора переменный ток высокой частоты выпрямляется мощными диодными выпрямителями. С выхода выпрямителя (OUT+, OUT-) снимается электрический ток с нужными параметрами. Это и необходимо для проведения сварочных работ.

Выходной выпрямитель.

Выходной выпрямитель собран на базе мощных сдвоенных диодов с общим катодом (D32, D33, D34). Эти диоды обладают высоким быстродействием, т. е. они могут быстро открываться и также быстро закрываться. Время восстановления trr of your page –>

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий