Какое напряжение на выходе сварочного инвертора

Вопрос:

Ответ:

Среди характеристик сварочных инверторов есть несколько важных показателей. Это напряжение питающей электросети (220 или 380 Вольт), диапазон выдаваемого тока (от 10 до 600 Ампер), имеющиеся функции, вес и габариты аппарата, а также напряжение холостого хода.

Эта характеристика показывает нам, с каким напряжением ток выходит на электрод после того, как пройдет все стадии преобразования после электросети. Напомним, что из электросети по питающему кабелю ток поступает на первый преобразователь, оттуда он выходит уже постоянным и идет на фильтр, а затем на второй преобразователь. В итоге мы снова получаем переменный ток с частотой не 50 Гц, а 20-50 кГц. Затем следует понижение входного напряжения с одновременным повышением силы тока. В итоге мы получаем выходное напряжение 55-90 Вольт и силу, которую можно регулировать в заданном для каждой конкретной модели диапазоне.

Вот это выходное напряжение и является напряжением холостого хода. От него зависит два момента:
• Безопасность инструмента для владельца;
• Легкость поджигания сварочной дуги.

Чем выше будет напряжение холостого хода, тем легче будет зажечь сварочную дугу инвертора. Казалось бы, стоит тогда покупать инверторные аппараты с высоким показателем напряжения холостого хода. Но высокое напряжение достаточно опасно для человека в случае соприкосновения, поэтому его далеко не всегда делают высоким. Если же вы все-таки хотите, чтобы зажигать дугу было легко, то стоит выбрать сварочный инвертор с высоким напряжением, но с дополнительно установленной функцией защиты, которая автоматически снижает напряжение до безопасного для человека уровня в том случае, если существует риск для пользователя, а затем возвращает уровень назад.

Если Вы ещё не выбрали сварочный инвертор, то среди бытовых моделей обратите внимание на сварочные аппараты Аврора и инверторы Blueweld, из полупрофессиональных моделей можно порекомендовать сварочные аппараты Foxweld и ММА-оборудование Сварог, «профессионалы» хороши из сварочных аппаратов Kemppi и ММА-инверторов EWM. Это оборудование есть у нас на сайте в каталоге и его можно приобрести с доставкой в любой уголок России.

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 (V_R) — 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 t_rr of your page —>

Сварочный инверторный аппарат — это источник постоянного тока для питания электрической дуги. Обычный инверторный источник питания для сварки снижает зависимость от стабильности характеристик электросети. Он способен выдержать падение напряжения с 220 до 180-190В вместо 220. Однако, если напряжение падает еще ниже, такой аппарат перестает нормально работать или отключается. Сварочные инверторы с пониженным напряжением способны продолжать работу и при самых низких параметрах сети.

Принцип работы

Инверторный сварочный аппарат: что это значит? Сварочный инвертор –это преобразователь переменного тока 220 вольт в постояный 70-120 вольт. То же самое делает и морально устаревший сварочный выпрямитель. Качество шва, выполняемого с помощью трансформатора-выпрямителя, сильно зависит от стабильности характеристик в электросети. Работа самого аппарата может сильно влиять на стабильность параметров сети, при зажигании дуги начинаются броски напряжения.

Что же такое инверторная сварка? Сварочный инвертор также выдает на выходе 70-90 вольт, но преобразование проводится следующим образом.

• переменный ток 220вольт 50 герц выпрямляется и подается на вход высокочастотного генератора;
• генератор создает высокочастотный (20-50 килогерц) сигнал;
• он подается на трансформатор, который понижает напряжение до 70-90 вольт;
• ток выпрямляется вторым выпрямителем и постоянный ток подается на электрод и заготовку;
• зажигается электродуга, кромки заготовки оплавляются, плавится и электрод, образуя облако защитных газов и пополняя сварочную ванну;
• после остывания материала шва образуется неразъемное соединения высокой прочности и долговечности.

Теперь становится понятно, что значит инверторный: это преобразователь с двукратной инверсией (от латинского inversio переворачивание, перестановка) напряжения из переменного в постоянное и обратно.

Преобразование тока на высокой частоте позволило во много раз снизить вес и габариты трансформатора. Управление процессом на каждом этапе с помощью электронных схем позволило обеспечить высокую стабильность напряжения на выходе, независимость его от перепадов в питающей электросети (в определенных пределах) и исключило негативное влияние самого инвертора на скачки параметров этой сети. Кроме того, сварочные инверторы обеспечивают высокую стабильность дуги, облегчают ее розжиг и препятствуют «залипанию» электрода.

Устройство сварочного выпрямителяю. Низкочастотный трансформатор орпеделяет громоздкие габариты и большой вес устройства.

Это основные отличия инвертора от сварочных выпрямителей. На базе инверторного источника тока строятся и сварочные полуавтоматы, подающие в рабочую зону сварочную проволоку вместо стержневого электрода.

Если же параметры электросети гуляют существенно ниже, чем 180-190 вольт, то обычный инвертор уже не может компенсировать такое падение напряжения. Зачастую в удаленных районах оно падает и до 150 вольт.

В этом случае на помощь приходят инверторы, способные работать на пониженном напряжении. в их конструкции есть два блока, призванных исправить положение:

• стабилизатор с расширенным диапазоном он поддерживает заданное выходное напряжение, несмотря на колебания на входе;
• корректор коэффициента мощности: электронная схема, адаптирующая работу всего аппарата к изменившимся условиям электропитания.

Эти блоки не совершают чудес и не нарушают закона сохранения энергии. Если на входе будет ниже 135 вольт, работать сварочным аппаратом не удастся.

Кроме того, использовать можно будет только самые тонкие электроды или проволоку.

Корректор будет пытаться сохранить мощность, отдаваемую в дугу, на прежнем уровне.

Плюсы и минусы

Основные плюсы таких устройств следующие:

• возможность снижать напряжении питающей сети до 135 вольт;
• обеспечение стабильной мощности дуги при бросках большой амплитуды;
• компенсация потерь при подключении через удлинители большой длины.

Имеются и минусы:

• при пониженном напряжении приходится работать на более тонких электродах или проволоке;
• толщина свариваемых заготовок также ограничена;
• стоимость такого аппарата превышает обычный на четверть (при равной мощности и общей функциональности).

Если сопоставить основные преимущества и недостатки, присущие сварочным инверторным аппаратам с пониженным напряжением, становится очевидной сфера их применения. Это:

• удаленные районы с низким качеством электроснабжения;
• необходимость работы от бытового электрогенератора;
• подключение через удлинители от 50 метров.

Аппараты позволят выполнять швы хорошего качества и в таких сложных условиях.

Обеспечение эффективности

Нестабильность параметров электросети обуславливается неравномерностью распределения потребителей электроэнергии между фазами. В сетях старого образца нет возможности автоматической межфазовой балансировки нагрузки. Вторая причина- сильная изношенность технических средств коммутации и распределительных сетей, плохое состояние изоляции, недостаточное сечение кабелей. Все вместе эти факторы приводят к тому, что, при стандартном значении 220 вольт фактически измеренное колеблется между 140 и 270.

И такая ситуация характерна и привычна для большинства сельских районов, удаленных от райцентров и больших трасс.

Чтобы справится с нестабильностью напряжения сети и обеспечить эффективное функционирование сварочного аппарата, используют следующие приемы:

• подключение через мощный стабилизатор напряжения, запас по мощности должен быть как минимум 40% от паспортного значения для инвертора;
• использование сварочного аппарата инверторного типа с функцией коррекции мощности ККМ;
• включение в схему осциллятора, генерирующего высокочастотные импульсы и облегчающего поджиг и поддержание электродуги;
• подбор сварочных материалов и режимов сварки, позволяющих добиться высокого качества шва.

Мощный стабилизатор громоздок и тяжел, цена его примерно 1-2 тыс. рублей за киловатт мощности. Если же стабилизирующий блок встроен в сам сварочный аппарата, это позволяет существенно снизить затраты.

Функция коррекции мощностного коэффициента также позволяет повысить стабильность дуги и качество шва, избежать залипания электрода и прожогов, а также потреблять несколько меньше электроэнергии.

Рекомендуемые при пониженном электропитании

Обычные модели сварочных инверторов уверенно работают в диапазоне напряжений от 190 до 240 вольт. Для рынков развивающихся стран и специальных условий эксплуатации ведущие производители оборудования предлагают специально доработанные инверторы, способные работать при пониженном входном напряжении. Какой инвертор лучше? При выборе устройства необходимо обратить внимание на следующие параметры и особенности:

• достаточный для местности использования диапазон входного напряжения;
• широкие возможности настройки рабочего тока;
• стабильность напряжения холостого хода;
• опции «горячий старт» и «антизалипание»;
• диапазон рабочих температур, подходящий к климатическому поясу;
• возможность длительной непрерывной эксплуатации.

Перечисленным условиям отвечают ряд моделей.

Fubag IR 200

Первый агрегат представлен хорошо известно германской компанией с заводами в Китае. Новинка устойчиво работает с электродами диаметром 1,6-5 мм при понижении напряжения до 150 вольт. Диапазон рабочих токов: 5-200 ампер. Устройство снабжено опцией горячего старта и стабилизации дуги. Работоспособность сохраняет от -10 до +40 о С.

Сварог ARC -160

Самая простая и надежная модель малой мощности известной марки компактен и обеспечивает стабильную дугу при колебаниях на входе от 160 до 245 вольт. Диапазон регулировки выходного тока – 20-160.

Устройство снабжено горячим стартом и способно работать как с обычными плавкими электродами, таки с неплавкими вольфрамовыми. К недостаткам следует отнести малую продолжительность непрерывной работы: 40% от общего времени.

Интерскол ИСА 160

Третья модель также обладает небольшой мощностью, ток изменяется от 20 до 160 ампер. При тестировании показал устойчивую работу при минимальном питающем напряжение-155 вольт.

Устройство имеет горячий старт, антизалипание и форсированный режим дуги, а также стабильное напряжение холостого хода. Может работать без перерыва благодаря эффективной системе охлаждения.

Aurora PRO Inter 200

Эта новинка выделяется возможностями своего стабилизатора и блока ККМ. Тест подтвердил способность эффективно варить даже от 140 вольт. При этом развивается рабочий ток от 20 до 200ампер. Поддерживает работу со 100-метровым удлинителем, если сечение провода 2,5 мм 2 и более. Может работать непрерывно до 60% от общего времени.

Все перечисленные модели отличаются компактностью и скромным весом, не превышающим 8 кг. Разумеется, при работе на нижнем пределе значений питающего напряжения не стоит рассчитывать на максимальный сварочный ток и 5-миллиметровые электроды.

Но 1,6 и 2 миллиметровые будут варить стабильно, без залипаний и досадных прожогов тонких заготовок и мелких частей. При продолжительной работе износ деталей и узлов блока питания устройства будет повышенным.

Важно также учитывать репутацию фирмы-изготовителя. Малоизвестные компании, недавно появившиеся на рынке, часто выставляют свою продукцию за малую по сравнению с известными марками цену. При этом они обещают чудеса, противоречащие закону сохранения энергии, например, работу при входном напряжении 90 вольт. Это может означать только одно: очевидный пример недобросовестной рекламы. Входное напряжение в этом случае будет близко к выходному, и, сколько бы его ни преобразовывали, выдержать требуемые параметры по току никак не получится.

Заключение

Инверторы с пониженным напряжением питающей электросети специально разработаны для местностей с плохими условиями энергоснабжения. Они позволяют сварить качественные швы, однако ограничены в толщине соединяемых заготовок и применяемых сварочных материалов.