Сколько вольт выдает сварочный инвертор

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.

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: U_Д – 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;

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.

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: