Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется с помощью выпрямителей на основе диодного моста. Получить переменный ток из постоянного также возможно, только для этого понадобится совершенно другой прибор – инвертор переменного тока. Данные устройства используются не только в виде преобразователей, но и в других электротехнических устройствах, например, в сварке.
Особенности инверторной сварки
В отличие от обычной сварки, работа инверторной аппаратуры имеет свои особенности. Основой конструкции служит инвертор, осуществляющий преобразование постоянного тока в переменное напряжение высокой частоты.
Рабочий процесс и принцип работы сварочного инвертора выглядит следующим образом:
- К выпрямителю, установленному на входе, поступает сетевое напряжение 220 вольт, частотой 50 Гц. Далее оно попадает в так называемый косой диодный мост, состоящий из ключевых транзисторов.
- В этом мосту происходит формирование высокочастотных прямоугольных импульсов, достигающий 50 кГц. Благодаря такому преобразованию в схеме стало возможным импульсного понижающего трансформатора высокой частоты. Использование этого прибора означает понижение высокочастотного напряжения до требуемого рабочего значения.
- Выпрямитель, установленный на выходе, преобразует полученное напряжение с нужной амплитудой в рабочее, которое и будет использоваться во время проведения сварочных работ.
Специальный материал сердечника трансформатора позволил сделать все устройство относительно легким и компактным. Удачные технические решения и специальные компоненты, использованные в конструкции инвертора, дали возможность получить на выходе сварочный аппарат, не подверженный влиянию скачков и перепадов постоянного тока и сетевого напряжения. При его выходе за допустимые пределы потребления, устройство полностью отключается, на что указывает загоревшаяся аварийная лампочка желтого цвета.
Чтобы до конца понять возможности сварочного инвертора, необходимо знать, устройство сварочного инвертора и на каких принципах он работает.
Устройство и принцип работы
Прежде чем рассматривать вопрос, как работает сварочный инвертор, нужно вспомнить конструкцию обычного аппарата и потом сравнить оба устройства. Старые приборы для сварки конструировались на основе силового трансформатора повышенной мощности. Он выполнял понижение переменного сетевого напряжения, а на его вторичной обмотке появлялись высокие токи – от десятков до сотен ампер, необходимые для сварочного процесса.
Ток на вторичной обмотке увеличивался в такой же степени, в какой происходило понижение напряжения. Для этого в качестве обмотки использовался провод большого диаметра со сниженным количеством витков. Требуемая высокая мощность, работа на сетевой частоте 50 Гц привели к тому, что размеры и масса обычной сварочной аппаратуры получились очень большими и громоздкими. Это создавало массу неудобств при перемещениях во время работы с одного места на другое.
Разработка сварочных инверторов постоянного тока позволила полностью устранить эти недостатки, особенно потребление энергии. Рабочая частота, увеличенная до 60-80 кгц и выше, привела к снижению габаритных размеров и массы устройства. Например, при росте частоты преобразованного напряжения в 4 раза, размеры трансформатора снижаются примерно в 2 раза. В конце концов уменьшается вес всего аппарата, он становится менее материалоемким за счет экономии меди и прочих дорогостоящих материалов.
Теперь следует разобраться, для чего нужен инвертор и откуда же берутся токи с высокой частотой в 60-80 кГц, когда в электрической сети этот показатель составляет всего 50 Гц. Требуемый результат получается за счет использования инверторной схемы, в состав которой входят мощные ключевые транзисторы. Их переключение как раз и позволяет получить требуемую высокую частоту. Этот процесс запускается после подачи на них постоянного напряжения, поступающего через выпрямитель.
Выпрямление сетевого напряжения осуществляется за счет работы мощного диодного моста с последующим сглаживанием фильтрами-конденсаторами. Это первый этап преобразования, в конце которого образуется постоянное напряжение величиной 220 В и выше. Именно оно выступает в качестве источника питания самого инвертора, транзисторы которого соединены с понижающим трансформатором. Переключение транзисторов происходит на высокой частоте, поэтому и трансформатор будет работать на такой же частоте – 60-80 кГц.
При работе на таких сверхчастотах уже не нужны громоздкие устройства, поэтому размеры трансформатора существенно уменьшаются, а потребляемая мощность сварочного инвертора остается такой же, как у обычного аппарата, работающего на 50 Гц.
Регулировка и управление сварочным током
Для регулировки сварочного тока в инверторных устройствах предусмотрен специальный электронный регулятор. Конкретные параметры выбираются потенциометром, размещенном на передней панели устройства. Его ручка вращается и постепенно устанавливается определенный уровень первоначального напряжения на входе. Здесь расположены логические элементы, созданные в виде операционных усилителей.
На выходе находится датчик тока, с которого по линии обратной связи поступает сигнал. С помощью компаратора осуществляется сравнение фактически полученного напряжения с уровнем напряжения, заданного при регулировке потенциометром.
Если уровни напряжений не совпадают, в этом случае импульс, поступающий на контроллер, изменит свою амплитуду. Одновременно изменится и скважность самих импульсов, выдаваемых контроллером. В результате, режим переключения транзисторов также изменится, оказывая тем самым влияние на величину сварочного тока. Суть данной схемы заключается в поддержании определенного равновесия и значения между фактическим и заданным током, обеспечивая его стабильное состояние.
Рассматриваемая схема носит достаточно общий характер и служит примером взаимодействия узлов, деталей и блоков во всех инверторах. Более детальные электрические схемы в разных моделях могут отличаться своими конструктивными особенностями.
Работа автоматики в сварочной аппаратуре:
- Функция Ark Force. Предназначена для форсирования или увеличения мощности электрической дуги. Это нужно в тех случаях, когда капля металла с расплавленного электрода своевременно не отрывается и зависает, снижая размеры зазора. В результате, электрод может прилипнуть к заготовке, поэтому сварочный ток на короткое время увеличивается и быстро сдувает металлическую каплю.
- Функция Anti Stick. В самом начале при возникновении дуги возможно прилипание электрода к свариваемой детали. В этот момент ток резко снижается, электрод отрывается, и аппаратура возвращается в первоначальное состояние.
- Функция Hot Start. Данная опция создана, чтобы облегчить запуск электрической дуги. В момент розжига, когда электрод отрывается от заготовки, сварочный ток резко увеличивается на короткое время, после чего возникает стабильная дуга.
Действие автоматики в комплексе обеспечивает быструю работу инверторного устройства, высокое качество сварных швов.
Технические характеристики
Несмотря на разные типы инверторов, представленных на рынке электротехнических изделий, все они обладают одними теми же параметрами и характеристиками. Разница заключается лишь в величине этих показателей, что дает возможность выбора наиболее подходящего аппарата.
Среди них можно отметить следующие:
- Сварочный ток, имеющий широкий диапазон регулировок. У профессиональных аппаратов он больше, а у бытовых устройств – меньше.
- Продолжительность непрерывной работы на определенном значении выбранного сварочного тока.
- Наличие холостого хода, высокая потребляемая мощность инвертора.
- Зависимость от напряжения и других параметров электросети.
Все основные показатели напрямую связаны с характеристиками выпрямителя, установленного на входе, и с самим преобразователем частоты. Большое значение имеет мощность. Промышленные аппараты выпускаются достаточно мощными – до 20 кВт. В быту такое оборудование не используется, поскольку обычные сети просто не выдержат высоких нагрузок. От величины мощности зависит и стоимость того или иного устройства.
Все виды инверторов современных модификаций могут выполнять несколько основных операций:
- Сварка в полуавтоматическом режиме с использованием инертных газов или углекислоты.
- Ручная дуговая сварка обычными электродами.
- Аргонодуговая сварка в защитной газовой среде. Для выполнения этой функции устройства могут быть укомплектованы дополнительными опциями – бесконтактным зажиганием дуги, постепенным понижением силы тока, регулировкой продолжительности обдува газами, импульсным режимом и другими.
Несколько дополнительных функций обеспечивают более удобную и комфортную работу на сварочной аппаратуре:
- После окончания подачи проволоки она автоматически дожигается. Эта опция получила название мягкого финиша преобразователя.
- Синергетика – автоматическая подстройка сварочных параметров до заранее заданных значений, выставленных регулировками.
- С помощью функции двух тактов подача проволоки переключается с режима автоматики на ручной и обратно.
- Опция индуктивности снижает разбрызгивание металла. С ее помощью контролируется стабильность дуги и ширина сварного шва.
Преимущества и недостатки
Устройство для сварки инверторного типа обладает рядом несомненных преимуществ. Это оборудование считается очень надежным и простым в обращении. От сварщика требуется лишь плавно и равномерно перемещать электрод над соединительным швом, не касаясь поверхности изделия.
Достоинствами сварочных инверторов являются следующие:
- Многие операции осуществляются в автоматическом режиме. При возникновении нештатных ситуаций автоматика срабатывает и быстро отключает аппаратуру, спасая трансформатор от перегрева.
- Высокая мощность инвертора, такая же как у трансформаторов низкой частоты.
- Небольшие габаритные размеры и масса, облегчающие перемещение оборудования в пределах рабочего места.
- Широкий диапазон настроек тока и других сварочных параметров оборудования.
- Высокая эффективность при незначительном расходе электродов, совместимость аппаратуры с различными типами проволоки и электродов.
- Возможность выполнения работ в любых положениях.
Известно, что идеального оборудования не существует, поэтому и сварочные инверторы имеют определенные минусы:
- Сварочные инверторы отличаются высокой стоимостью, примерно в 2 раза превышающей цену обычной сварки.
- Оборудование может выйти из строя даже из-за незначительного сбоя в электронике. Аппаратура требует регулярной чистки сжатым воздухом.
- Большое количество электроники накладывает ограничения на применение их в условиях повышенной влажности, например, во время дождя.
- Некоторые устройства при сварке очень чутко реагируют на перепады температур.
- Не всегда возможна резка толстых металлов из-за скачков сетевого напряжения.
- Дорогостоящий ремонт, который может достигать 25-30% от общей стоимости всего агрегата.
