Сварочный аппарат принцип действия. Что такое сварочный инвертор и как он работает

А ведь еще сравнительно недавно пришлось бы искать мастерскую или вызывать сварщика, который привезет громоздкий и тяжелый сварочный аппарат. Но с появлением т.н. инверторов подобные проблемы ушли в прошлое. Сейчас сравнительно недорого можно самому приобрести подобную технику - благо на прилавках магазинов электротоваров ассортимент весьма широк.

Сварочные инверторы действительно очень быстро завоевали рынок, и причин тому множество. Это и доступность, и маленькие размеры, и легкий вес - можно перечислять долго, но обо всем по порядку.

Для начала стоит сказать о том, что многие считают, что правильно название подобного оборудования пишется и читается как «инвентор», что в корне неверно. Но, даже разыскивая в интернете материал на эту тему и напечатав в поисковой строке «инвентор», система будет отправлять пользователей именно на странички со статьи про инвертор сварочный, а потому, наверное, лучше произносить это слово правильно.

Сейчас необходимо понять, что такое сварочный инвертор, действительно ли настолько хорош подобный аппарат? В чем его преимущества, а может и недостатки, как он устроен и из чего состоит и как работает? Вопросов много, пора искать ответы.

Принцип работы

Начать, конечно же, следует с принципа действия подобных агрегатов, рассмотреть поверхностно устройство сварочного инвертора. Если сравнивать с обычными трансформаторными сварочными аппаратами, то здесь воплощен совершенно иной способ работы. Ведь что такое инверторный? Это означает, что в его схеме должен присутствовать электронный блок, который преобразует прямой ток в переменный. Тогда, опять же, как это может помочь в сварке или изготовлении подобного устройства? Попробуем ответить на эти вопросы.

Все дело в том, что переменный ток сети сначала проходит через выпрямитель, который преобразует его в те же 220 В, но далее, на инвертор, поступает постоянный ток. Сам инверторный блок снова преобразует ток в постоянный, но при этом его частота повышается до 30–50 кГц. А после высокочастотный ток уже поступает на трансформатор, который понижает напряжение, тем самым увеличивая силу тока, но уже более высокой частоты, чем это было в трансформаторных аппаратах. И напоследок переменный ток высокой частоты и силы подается на вторичный выпрямитель, который и делает его пригодным для дуговой сварки.

Преимущества подобного преобразования очевидны - это уменьшение габаритов трансформатора за счет повышения коэффициента полезного действия, который в сварочном инверторе достигает 92%. Но это лишь общий принцип работы сварочного инвертора, ведь в преобразователе высокочастотного тока много сложных схем, понять которые несведущему в электронике человеку практически не под силу.

Общие характеристики

Что же интересует обычного потребителя? Конечно же, возможность выбора подобных агрегатов и технические характеристики, на которые следует обратить внимание, приобретая инверторный аппарат. Основными из них являются:

• Потребляемая мощность. Этот параметр очень важен. Ведь современные инверторные сварочные аппараты бывают как профессиональные, так и бытовые, рассчитанные на включение в обычную сеть 220 В. Но, в любом случае, максимальная выходная сила тока не должна быть меньше 160 А, т.к. запас еще никому не мешал.
• Напряжение холостого хода. Здесь следует выбирать инвертор с диапазоном от 40 до 90 В. Это обеспечит нормальную работу и последующее легкое зажигание дуги.
• Время включения инвертора. Дело в том, что аппарат во время работы может отключаться, т.к. постоянная работа на высоких токах может негативно сказаться на элементах его электроники. После этого ему необходимо некоторое время. Этот параметр указывается в процентах. К примеру, если указано 40%, значит, на высоких токах аппарат способен работать 4 минуты из 10.

Также важно обратить внимание и на дополнительные функции, которые могут присутствовать. «Форсирование розжига», «Антизалипание» и «Горячий старт» на сегодняшний день присутствуют во всех агрегатах. Но бывает, что инверторы оснащаются и возможностью плазменной сварки, автоматом и т.п. В любом случае, выбор дополнительных функций всегда зависит от потребителя.

Преимущества и недостатки

Естественно, как и любое другое устройство, подобный инверторный сварочный аппарат имеет как достоинства, так и недостатки. И для начала стоит рассмотреть именно его минусы, т.к. их меньше. Из наиболее заметных недостатков можно отметить:

• Стоимость. Конечно, если сравнивать трансформаторные аппараты с устройствами профессиональной инверторной сварки, то можно отметить некоторую дороговизну. Но в наше время приобрести инвертор для бытовых нужд можно даже дешевле, а потому это не столь большой недостаток.
• Дорогое обслуживание в случае поломки. Действительно, ремонт таких устройств недешев. Ведь что такое инверторная сварка? Это в основном электронная аппаратура, в отличие от трансформаторной, в которой кроме медных катушек ничего нет.
• Устройства требуют аккуратного обращения, очень боятся сырости и пыли. Да, электронная начинка, а именно сам инвертор очень плохо переносит агрессивные среды, такие как пыль, влажность и т.п.
• Длина проводов, идущих в комплекте, не превышает длины в 2,5 м. Конечно, это ограничивает возможности применения, но не становится, опять же, критичным, т.к. инверторный аппарат легок и имеет небольшой размер. Это позволяет переносить его на плече в любое место. Тогда что это такое - недостаток или преимущество? Скорее его можно отнести к преимуществам, если посмотреть на это с другой стороны. Провода не будут путаться, и этот факт добавит мобильности агрегату.

Получается, что недостатки, пусть даже они и есть, незначительны. А что же с достоинствами?

Достоинств у инверторов достаточно. Разберем основные:

• Мощность и диапазон регулировок. По этим параметрам подобные устройства сильно опережают обычные трансформаторные сварочные аппараты. Регулировать ток на выходе очень удобно, на табло высвечивается показатель, который можно выставить в нужном значении с точностью до вольта. По этой причине пропадает риск перегрева металла и возрастает качество сварки, повышается прочность шва.
• Вес и размер. Если сравнивать с обычными агрегатами, то инвертор вообще уникален. Очень маленькие габариты и легкий вес позволяют носить его на плече, не снимая целый день без особой усталости.
• Высокий коэффициент полезного действия этих устройств и, как следствие, низкий расход электроэнергии.
• При работе с инверторным аппаратом сварочный шов получается аккуратнее за счет меньшего разбрызгивания металла. Достигается это вследствие высокой частоты тока.
• Данные аппараты универсальны. Имеется возможность применения одного устройства в различных видах сварки (плазма, автомат и т.п.).

Конечно, есть и другие плюсы у подобных сварочников, но на одном преимуществе стоит остановиться отдельно.

Использование инвертора новичком

Если неопытный мастер начинает варить при помощи трансформаторного сварочного аппарата, вполне естественно, что у него периодически «залипает» электрод, при его отрыве отлетает обмазка. В итоге имеем неаккуратный шов, непровар и высокий расход электродов. К тому же, новичку сложно настроить выходной ток, что чревато прожиганием железа.

Инвертор в этом смысле незаменим. Мало того, что ток отстраивается очень удобно, о чем уже говорилось. В нем имеется защита от залипания. Подавая более высокую частоту в момент соприкосновения, инвертор моментально разжигает дугу, после чего нормализует ток. В итоге подобной проблемы не возникает.

Так же, автоматически регулируя частоту, подобный аппарат помогает более качественно и не пережигая проварить металл так, как это нужно, что неопытному мастеру очень поможет.

Ну и плюс ко всему - аккуратность шва и экономия расходников в виде электродов.

Подводя итог данной статьи, можно с уверенностью сказать, что инверторные сварочные аппараты сделали несомненный прорыв в своей области. И независимо от того, для какой цели приобретен подобный агрегат, он, несомненно, будет хорошим помощником мастеру. Главное - правильно выбрать инвертор при покупке и следить за его состоянием в процессе эксплуатации.

Сегодня рынок сварочных аппаратов прочно удерживают сварочные инверторы. Принцип работы сварочного инвертора существенно отличается от старых аппаратов (трансформаторных). Такие агрегаты захватили рынок относительно недавно, в середине нулевых, причинами успеха стали их достоинства и резко снизившаяся цена из-за удешевления электроники.

Что такое инвертор

До появления сварочного инвертора для сварки использовали аппараты с мощными трансформаторами, которые выдавали ток до 500 А. Они были громоздкими и тяжелыми, их масса достигала 20, а иногда и 25 кг. Современные инверторы занимают мало места и весят на порядок ниже. Но для того чтобы понять принцип работы сварочного инвертора, необходимо знать принцип сварки как процесса.

Как уже было сказано выше, сварочный аппарат дает на выходе большой ток. Этот ток позволяет получить электрическую дугу, которая имеет высокую температуру и плавит металл. Дуга возникает между металлической поверхностью (той, что требуется заварить) и электродом. Капли расплавленного дугой металла заливают щель свариваемых деталей. После застывания металла, которое происходит очень быстро, образуется шов, который обладает высокой прочностью. Такая дуговая сварка является основной, на ее долю приходится более 80% всех соединений.

Главное в сварке — это ток, который раньше получали при помощи мощных трансформаторов, однако уже середина 70-х годов прошлого века была отмечена изобретением инверторного сварочного аппарата. Он имеет малые габариты и массу, питается от бытовой сети в 220 В (или промышленной в 380 В), а на выходе дает широкий диапазон необходимых токов.

Вкратце принцип работы инвертора можно описать так: ток от сети (переменный, с частотой 50 или 60 Гц) идет на выпрямитель, где преобразуется в постоянный. Далее идет фильтр, который «сглаживает» постоянный ток. После фильтра следует инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный высокой частоты. Далее напряжение понижается, и на выходе получается высокое значение переменного тока. Регулируя частоту, можно регулировать ток в широком диапазоне.

Подробное описание работы

В инверторах происходит увеличение рабочих частот с 50/60 Гц до 60 — 80 кГц (при этом увеличение рабочих частот в 4 — 6 раз позволяет снизить массу и габариты устройства в 2 — 3 раза). Повышение частоты (рабочей) происходит в контуре с мощными силовыми ключевыми транзисторами. Однако для работы транзисторов, которые на выходе дают большой ток высокой частоты, следует подать постоянный ток на вход. Постоянный ток получается после прохождения переменного тока питания (от внешней сети) выпрямителя. Электрическую схему можно условно разделить на 2 части: силовую и управления. Описание начинается с силовой части. Итак, сетевой выпрямитель представляет собой мощный диодный мост, который преобразует переменный ток в постоянный.

Для фильтрования применяются конденсаторы (часто электролитические). Фильтр необходим для сглаживания импульсов, которые происходят после прохождения диодного моста. При этом значение напряжения на выходе фильтра будет примерно в 1,4 раза выше входного напряжения диодного моста (т.е. на корень из 3). При этом важно знать то, что подобные схемы чувствительны к перепадам напряжения. При повышении входного напряжения более чем на 10% выходное повышается на 15%, этого достаточно, для того чтобы схема сгорела. Также важным конструктивным элементом выпрямителя является радиатор, который охлаждает диодный мост. Это связано с тем, что диоды и резисторы в диодном мосту сильно нагреваются под воздействием больших токов.

Помимо радиатора, на диодный мост устанавливается и термопредохранитель, в задачи которого входит немедленное отключение питания при нагреве моста более чем на 80 — 90°С.

Перед выпрямительным узлом устанавливают фильтр ЭМС (электромагнитная совместимость), он защищает сеть от высокочастотных помех и представляет собой дроссель и связку конденсаторов. Инвертор же представляет собой сборку транзисторов (часто из 2 штук) по схеме «косой мост». Коммутация постоянного напряжения в переменное происходит переключением транзисторов, частота которых может составлять десятки или сотни килогерц. Полученный на выходе ток имеет прямоугольную форму. Защиту транзисторов от сгорания обеспечивают RC-цепи, которые называют демпфирующими. Чтобы получить высокий ток на выходе инвертора, после косого моста стоит понижающий трансформатор напряжения. За ним находится мощный силовой выпрямитель, тоже диодный мост, который преобразует переменный ток в постоянный. Именно постоянный ток на выходе генерируют инверторы.

Все силовые контуры имеют охлаждение и термодатчики, которые отключают аппарат при превышении допустимого значения температуры. Чтобы обеспечить плавный запуск аппарата, используют стабилизаторы напряжения. Мягкий пуск необходим из-за того, что после зарядки конденсаторов фильтра на выходе получается большое значения тока, которое может сжечь силовые транзисторы.

Для управления силовой частью используют контроллер ШИМ. Он выдает сигналы на полевой транзистор. Выходные сигналы полевого транзистора попадают на трансформатор разделительный, у которого 2 выходные обмотки. С обмоток выходные сигналы поступают на силовые ключевые диоды (из силовой части). Также для закрытия силовых транзисторов применяется «обвязка» из 2 транзисторов. Для контроля выходного силового сигнала в системе управления применяется схема с использованием операционного усилителя, который подает входной сигнал ШИМ-контроллеру. На узел операционного усилителя, помимо выходных сигналов, заводятся сигналы со всех защитных контуров, в результате чего прекращается генерация сигнала управления и схема перестает работать (отключается).

Достоинства инверторов

Инверторы имеют следующие преимущества:

1. Малая масса. Транзисторы весят значительно меньше трансформатора, поэтому масса прибора составляет 5 — 12 кг против 18 — 35 кг.
2. КПД инверторов достигает порядка 90%. Это связано с меньшими потерями на нагрев «железа». Сварочные трансформаторы сильно греются.
3. В связи с высоким КПД и низкими потерями в железе почти в 2 раза снижается электропотребление аппарата.
4. Устройство сварочного инвертора дает возможность регулирования силы тока, что позволяет осуществить сварочные работы в широком диапазоне, т.е. не требуется специальных аппаратов для различных материалов (типа меди или латуни). Это делает такой аппарат универсальным.
5. Сварочные инверторы более «лояльны» к ошибкам сварщиков. Почти все аппараты имеют автоматические режимы, которые не позволяют электроду залипнуть.
6. Стабильное выходное напряжение, не зависящее от перепадов (до 10%) напряжения в сети. Это позволяет получить стабильную сварочную дугу, параметры которой регулируются автоматически, при этом могут быть учтены даже мелкие помехи типа ветра.
7. Есть возможность применения любого типа электродов.
8. Многие аппараты позволяют программировать режимы работы. Это дает возможность более точно настроить аппарат на конкретную задачу.

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

В двух словах, происходит следующее:

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

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

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

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

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

Теперь рассмотрим принцип работы сварочного инвертора подробно.

Как работает сварочный инвертор

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

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

Силовая схема сварочного инвертора

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

Электронный силовой блок состоит из следующих узлов:

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

Сетевой выпрямитель

Выпрямитель состоит из:

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

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

Помехозащитный фильтр

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

Инвертор

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

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

Выходной выпрямитель

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

А теперь рассмотрим управляющую часть схемы сварочного инвертора.

Управляющая схема сварочного инвертора

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

Электронный управляющий блок состоит из следующих узлов:

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

ШИМ-контроллер

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

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

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

Цепи регулировки и контроля

К цепям регулировки и контроля относятся:

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

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

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

Благодаря своей мобильности аппараты получили широкое применение в быту и на производстве. Они обладают огромными преимуществами по сравнению со сварочными трансформаторными агрегатами для сварочных работ. Принцип действия, устройство и их типовые неисправности должен знать каждый. Не у всех есть возможность приобрести сварочный инвертор, поэтому радиолюбители выкладывают схемы сварочного инвертора своими руками в интернет.

Общие сведения

Трансформаторные сварочные аппараты стоят сравнительно недорого и легко ремонтируются из-за их простого устройства. Однако они обладают значительным весом и чувствительны к напряжению питания (U). При низком U производить работы невозможно, так как происходят значительные перепады U, в результате которого могут выйти из строя бытовые приборы. В частном секторе часто бывают проблемы с линиями электропередач, так как в бывших странах СНГ большинство ЛЭП требуют замены кабеля.

Электрический кабель состоит из скруток, которые часто окисляются. В результате этого окисления возникает рост сопротивления (R) этой скрутки. При значительной нагрузке они нагреваются, а это может привести к перегрузке ЛЭП и трансформаторной подстанции. Если подключать сварочный аппарат старого образца к счетчику электроэнергии, то при низком U будет срабатывать защита («выбивать» автоматы). Некоторые пытаются подключить сварочник к счетчику электроэнергии, нарушая закон.

Подобное нарушение карается штрафом: потребление электроэнергии происходит незаконно и в больших количествах. Для того чтобы сделать работу более комфортной — не зависеть от U, не поднимать тяжести, не перегружать ЛЭП и не нарушать закон - нужно использовать сварочный аппарат инверторного типа.

Устройство и принцип действия

Сварочный инвертор устроен так, что подойдет и для домашнего применения, и для работы на предприятии. Он способен при небольших габаритах обеспечить стабильное горение сварочной дуги и даже использовать ток сварки, значительно превышающий показатель обыкновенного сварочного аппарата. Он использует ток высокой частоты для генерации сварочной дуги и представляет собой обыкновенный импульсный блок питания (такой же, как и компьютерный, только с большей силой тока), что и делает схему сварочного аппарата несложной.

Основные принципы его работы следующие: выпрямление входного напряжения; преобразование выпрямленного U в высокочастотный переменный ток при помощи транзисторных ключей и дальнейшее выпрямление переменного U в постоянный ток высокой частоты (рисунок 1).

Рисунок 1 — Схематическое устройство сварочника инверторного типа.

При использовании ключевых транзисторов высокой мощности происходит преобразование постоянного тока, который выпрямляется при помощи в высокочастотный ток (30..90 кГц), что позволяет снизить габариты трансформатора. Выпрямитель на диодах пропускает ток только в одном направлении. Происходит «отсечение» отрицательных гармоник синусоиды.

Но на выходе выпрямителя получается постоянное U с пульсирующей составляющей. Для преобразования его в допустимый постоянный ток с целью корректной работы ключевых транзисторов, работающих только от постоянного тока, используется конденсаторный фильтр. Конденсаторный фильтр представляет собой один или несколько конденсаторов большой емкости, которая позволяет заметно сгладить пульсации.

Диодный мост и фильтр составляют блок питания для инверторной схемы. Вход инверторной схемы выполнен на ключевых транзисторах, преобразовывающих постоянное U в переменное высокой частоты (40..90 кГц). Это преобразование нужно для питания импульсного трансформатора, на выходе которого получается высокочастотный ток низкого U. От выходов трансформатора запитывается высокочастотный выпрямитель, а на выходе генерируется высокочастотный постоянный ток.

Устройство не очень сложное, и любой сварочник-инвертор поддается ремонту. Кроме того, существует множество схем, по которым можно сделать самодельный инвертор для сварочных работ.

Самодельный сварочный аппарат

Собрать инвертор для сварки просто, так как существует множество схем. Возможно сделать сварку из блока питания компьютера, сбить для него ящик, но получится сварочник низкой мощности. Подробно о создании простого инвертора из компьютерного БП для сварки можно ознакомиться в интернете. Огромной популярностью пользуется инвертор для сварки на ШИМ — контроллере типа UC3845. Микросхема прошивается при помощи программатора, который можно приобрести только в специализированном магазине.

Для прошивки нужно знать основы языка «С ++», кроме того, возможно скачать или заказать уже готовый программный код. Перед сборкой нужно определиться с основными параметрами сварочника: максимально допустимый ток питания составляет не более 35 А. При токе сварки равной, 280 А, U питающей сети составляет 220 В. Если проанализировать параметры, можно сделать вывод о том, что эта модель по характеристикам превышает некоторые заводские модели. Для сборки инвертора следует руководствоваться блок-схемой на рисунке 1.

Схема БП является несложной, и собрать ее достаточно просто (схема 1). Перед сборкой нужно определиться с трансформатором и найти подходящий корпус для инвертора. Для изготовления БП- инвертора нужен трансформатор. .

Этот трансформатор собирается на основе ферритового сердечника Ш7х7 или Ш8х8 с первичной обмоткой провода диаметром (d) 0,25..0,35 мм, количество витков 100. Несколько вторичных обмоток трансформатора должны иметь следующие параметры:

1. 15 витков с d = 1..1,5 мм.
2. 15 витков с d = 0,2..0,35 мм.
3. 20 витков с d = 0,35..0,5 мм.
4. 20 витков с d = 0,35..0,5 мм.

Перед намоткой нужно ознакомиться с основными правилами намотки трансформаторов.

Схема 1 - Схема блока питания инвертора

Навесным монтажом детали желательно не соединять, а сделать для этих целей печатную плату. Существует много способов изготовления печатной платы, но следует остановиться на простом варианте - лазерно-утюжной технологии (ЛУТ). Основные этапы изготовления печатной платы:

После изготовления трансформатора и печатной платы нужно приступить к монтажу радиокомпонентов по схеме блока питания сварочного инвертора. Для сборки БП понадобятся радиодетали:

После сборки БП нельзя подключать и проверять, так как он рассчитан именно для инверторной схемы.

Изготовление инвертора

Перед началом изготовления высокочастотного трансформатора для инвертора нужно изготовить гетинаксовую плату, руководствуясь схемой 2. Трансформатор выполнен на магнитопроводе типа «Ш20х28 2000 НМ» с рабочей частотой 41 кГц. Для его намотки (I обмотки) необходимо использовать медную жесть толщиной 0,3..0,45 мм и шириной 35..45 мм (ширина зависит от каркаса). Нужно сделать:

1. 12 витков (площадь поперечного сечения (S) около 10..12 кв. мм.).
2. 4 витка для вторичной обмотки (S = 30 кв. мм.).

Высокочастотный трансформатор нельзя мотать обыкновенным проводом из-за возникновения скин-эффекта. Скин-эффект - способность высокочастотных токов вытесняться на поверхность проводника, тем самым нагревая его. Вторичные обмотки следует разделить пленкой из фторопласта. Кроме того, трансформатор должен нормально охлаждаться.

Дроссель выполнен на магнитопроводе типа «Ш20×28» из феррита 2000 НМ с S не менее 25 кв. мм.

Трансформатор тока выполняется на двух кольцах типа «К30×18×7» и мотается медным проводом. Обмотка l продевается через кольцевую часть, а II обмотка состоит из 85 витков (d = 0,5 мм).

Схема 2 - Схема инверторного сварочного аппарата своими руками (инвертор).

После успешного изготовления высокочастотного трансформатора нужно осуществить монтаж радиоэлементов на печатной плате. Перед пайкой обработать оловом медные дорожки, детали не перегревать. Перечень элементов инвертора:

• ШИМ — контроллер: UC3845.
• MOSFET-транзистор VT1: IRF120.
• VD1: 1N4148.
• VD2, VD3: 1N5819.
• VD4: 1N4739A на 9 В.
• VD5-VD7: 1N4007.
• Два диодных моста VD8: KBPC3510.
• C1: 22 н.
• C2, C4, C8: 0,1 мкФ.
• C3: 4,7 н и C5: 2,2 н, C15, С16, С17, C18: 6,8 н (только использовать К78−2 или СВВ- 81).
• C6: 22 мк, С7: 200 мк, С9-С12: 3000 мк 400 В, C13, C21: 10 мк, C20, C22: 47мк на 25 В.
• R1, R2: 33k, R4: 510, R5: 1,3 k, R7: 150, R8: 1 на 1 Вт, R9: 2 M, R10: 1,5 k, R11: 25 на 40 Вт, R12, R13, R50, R54: 1 к, R14, R15: 1,5 k, R17, R51: 10, R24, R25: 30 на 20Вт, R26: 2,2 к, R27, R28: 5 на 5Вт, R36, R46-R48, R52, R42-R44 - 5, R45, R53 - 1,5.
• R3: 2,2 k и 10 к.
• К1 на 12 В и 40А, К2 - РЭС-49 (1).
• Q6-Q11: IRG4PC50W.
• Шесть MOSFET-транзисторов IRF5305.
• D2 и D3: 1N5819.
• VD17 и VD18: VS-HFA30PA60CPBF; VD19-VD22: VS-HFA30PA60CPBF.
• Двенадцать стабилитронов: 1N4744A.
• Две оптопары: HCPL-3120.
• Катушка индуктивности: 35 мк.

Перед проверкой схемы на работоспособность нужно еще раз визуально проверить все соединения.

Перед сборкой нужно внимательно ознакомиться со схемой инверторной сварки и приобрести все необходимое для изготовления: купить радиодетали в специализированных радиомагазинах, найти подходящие каркасы трансформаторов, медную жесть и провод, продумать дизайн корпуса. Планирование работы значительно упрощает процесс сборки и экономит время. При пайке радиокомпонентов следует применять паяльную станцию (индукционная с феном), для исключения возможного перегрева и выхода из строя радиоэлементов. Соблюдать нужно и правила техники безопасности при работе с электричеством.

Дальнейшая настройка

Все силовые элементы схемы должны иметь качественное охлаждение. Транзисторные ключи необходимо «сажать» на термопасту и радиатор. Желательно применять радиаторы от микропроцессоров мощного типа (Athlon). Наличие вентилятора для охлаждения в корпусе обязательно. Схему БП можно доработать, поставив конденсаторный блок перед трансформатором. Нужно использовать К78−2 или СВВ-81, так как другие варианты недопустимы.

После подготовительных работ нужно приступить к настройке сварочного инвертора. Для этого нужно:

Существуют и более совершенные модели сварочников инверторного типа, в силовую схему которых входят тиристоры. Широкое распространение также получил инвертор «Тимвала», который можно найти на форумах радиолюбителей. Он имеет более сложную схему. Подробнее с ним можно ознакомиться в интернете.

Таким образом, зная устройство и принцип работы сварочного аппарата инверторного типа, собрать его своими руками не представляется непосильной задачей. Самодельный вариант практически не уступает заводскому и даже превосходит его некоторые характеристики.

Трудно недооценить необходимость сварочных аппаратов в домашнем или дачном хозяйстве. Простота конструкции устройства позволяет производить их сборку самостоятельно.

Однако качество выполняемых работ зависит не только от умений, но и внутреннего устройства изделия. Данная статья посвящена устройству и принципам работы этих аппаратов.

Назначение

Сварочный аппарат относится к классу электрических устройств, предназначенных для формирования напряжения питания сварочной дуги. Принцип работы сварочного аппарата основан на преобразовании напряжения сети в сварочную дугу. Поскольку в дуге присутствуют большие токи (до 250 А), то чтобы их получить используют подход понижения напряжения питания дуги. Основная задача конструкции обеспечить устойчивую дугу, температура горения которой может доходить до нескольких тысяч градусов.

Типы сварочных аппаратов

Существует большое количество классификационных признаков, но в конструктивном плане электрические сварочные аппараты подразделяются на:

• трансформаторные;
• выпрямительные;
• инверторные.

Устройство и принцип работы инверторной сварки

Устройство и принцип работы сварочного аппарата трансформаторного типа предполагают, что поддержание стабильности дуги при сварке происходит путём изменения индуктивного сопротивления вторичной (нагрузочной) обмотки. Это достигается введением реактивной катушки, а в мощных версиях – специальными магнитными шунтами.

Популярное решение состоит в раздвижении катушек, что приводит к изменению магнитного потока, в, свою очередь, к регулированию тока. Выпрямительная схема – самая простая. Регулировку выходного тока организуют с помощью тиристоров. Лучшими нагрузочными характеристиками обладает трёхфазная схема выпрямления.

Именно эту операцию реализует инвертор. Используя широтно-импульсное модулирование (ШИМ) происходит регулирование выходного тока. Этот принцип регулирования основан на изменении длительности выходных импульсов.

Этот агрегат вмещает:

• питание силовой части;
• непосредственно силовую часть;
• ШИМ-регулятор;
• питание слаботочной части;
• управление, защита, индикация.

Достоинства

Инверторный тип сварки обладает рядом преимуществ, благодаря которым он заслужил доверие пользователей и популярность. Вот они:

• малые габариты и масса конечного изделия за счёт отсутствия силового трансформатора;
• плавность регулировки выходного тока, реализованная на основе ШИМ-контроллера, позволяет делать ровный шов;
• возможность запоминания часто используемых режимов из-за наличия устройств памяти;
• широкий спектр нагрузочных характеристик вплоть до плазменной резки.

Недостатками изделия считаютсясложность и стоимость конструкции.

Таким образом, учитывая все достоинства и недостатки сварочника выполнение "тонких" сварочных работ следует доверить аппаратам инверторного типа. Но, как всегда, главный выбор за пользователем.

Видео: