Сварочный инвертор: схема, назначение, принцип работы, плюсы и минусы

DC-DC преобразователь или инвертор напряжения – это устройство, переводящее постоянный ток меньшего напряжения в переменный ток большего напряжения или наоборот. Такие устройства являются генераторами меняющегося напряжения. Оно бывает импульсного характера, чистого или модифицированного синусоидального типа. Инверторные преобразователи способны выступать самостоятельными источниками питания и промежуточными элементами в системе преобразователей.

Инверторы, содержащиеся в источниках бесперебойного питания (ИБП), обеспечивают стабильное снабжение электроэнергией компьютерной техники и другого оборудования. При непредвиденном пропадании напряжения в электросети они мгновенно поставляют компьютерам электроэнергию от резервной АКБ. Это дает возможность сохранить данные и корректно завершить работу ПК.

В крупных системах UPS используются мощные инверторы с АКБ увеличенной емкости. Они могут подолгу обеспечивать автономное питание оборудования, а при возобновлении нормального сетевого электроснабжения переключают оборудование на нее.

Принцип работы инвертора

Как уже отмечалось, инверторы вошли в практику сварных работ не так давно, на исходе ХХ столетия. В основе работы аппаратов этого типа лежит принцип сдвига напряжения. Такое решение позволяет поднять силу и частоту тока. Надо отметить, что устройство инвертора, применяемого для работ – содержит довольно сложную схему, внутри которой реализуются нижеприведенные процессы:

Инверторные сварочные аппараты

Переменный ток, подаваемый на инвертор, преобразуют в постоянный. Изменение параметров тока происходит в устройстве, который собирают с применением диодного моста.
Полученный ток передается на инвертор, который играет роль генератора высокочастотных импульсов. В транзисторном блоке, происходит обратное преобразование постоянного тока в переменный. Но получаемый ток, обладает существенно большей частотой, чем тот, который поступает из сети питания.
Ток высокой частоты поступает на трансформатор. Это устройство снижает напряжение и одновременно повышает силу тока. Так как трансформатор, который используют для работы с токами высокой частоты, имеет небольшие габариты, все это сказывается на габаритно-весовых характеристиках инвертора.
После прохождения трансформатора, переменный ток, с новыми параметрами поступает на выпрямитель, где он снова трансформируется в постоянный, который и используют для сварки.

Сварка инвертором для начинающих

Надо отметить, что инверторные устройства, в отличие от устройств трансформаторного типа потребляет в два раза меньшее количество энергии. Кроме этого, параметры тока, который поступает из устройства, гарантируют то, что сварочная дуга будет иметь стабильный розжиг и горение во время сварки.

Типы электричества

Большинство преподавателей, которые предоставляют студентам информацию об электричестве, говорят в основном о постоянном токе (DC). Он представляет собой поток электронов, которые следуют друг за другом на определенном расстоянии. Наиболее популярная аналогия от опытных учителей — сравнение потока с муравьями, идущими колонной и несущими на себе обычные сухие листья.

Такое представление довольно обобщенное, но основная идея правильная. Схема напоминает сплошную электрическую петлю, приводящую в работу обычный фонарик. Однако в больших бытовых приспособлениях электричество работает по-другому. Розетки, вмонтированные в стену, поставляют приборам источник энергии, основанный на переменном токе (AC). В нем электричество переключается с большой скоростью, составляющей 50−60 раз в секунду, то есть частота таких переключений — 50−60 Гц.

Обычному человеку, который не обладает знаниями в области электроники, не совсем понятно, как такой ток питает приборы, если постоянно меняет направление своего движения. Однако ответ на этот вопрос прост. Например, можно взять обычную настенную лампу, работающую от источника переменного тока. При включении ее в розетку электроны начинают активно двигаться, меняться местами и менять направление движения. Весь процесс происходит очень быстро, поэтому в проводах образуется тепло.

Именно это тепло и будет переходить в лампу, приводя к ее свечению. Переменный ток также эффективно питает приспособления, как и постоянный, но электроны в нем движутся на месте.

Технические параметры устройств

Сварочные инверторы имеют ряд определенных характеристик, по которым можно судить о его технологических свойствах. К ним относят следующие параметры:

Конструкция сварочного инвертора

Вид тока, который формируется на выходе из выпрямителя.
Размер напряжения, которое используется для электроснабжения. Производители выпускают изделия, которые работают от 380 и от 220 в. Первые применяют для профессиональной сварки, вторые для работы в домашних условиях.
Размер тока, этот параметр оказывает прямое влияние на размер электрода, который будет использоваться для выполнения сварки.

Технические параметры сварочного инвертора

Мощность агрегата, этот параметр дает информацию о том, ток, какой силы будет формировать сварочную дугу.
Напряжение на холостом ходу, этот параметр показывает, как быстро будет получена сварочная дуга.
Диапазон размеров электродов, которые будут использованы для производства сварки.
Габаритно-весовые характеристики инверторного сварочного аппарата и размер сварочного тока на выходе. Чем ниже последний показатель, тем меньше аппарат, но и соответственно такое устройство обладает меньшими эксплуатационными характеристиками.

Защита

Инверторы оснащаются различными видами защиты, которые при достижении критических значений отключают прибор или подают звуковой сигнал, при следующих ситуациях:

Слишком высокое или слишком низкое напряжение на входе.
Короткое замыкание.

Перегрев.
Превышение допустимой нагрузки.
Неправильное подключение.

Чем выше стоимость устройства, тем больше внимания уделяется защитным мерам.

Какая форма тока у Вашего электрического инвертора?

ЧистаяМодифицированная

Плюсы и минусы инверторной сварки

Инверторные устройства показывают КПД в пределах 85 – 95%, надо сказать, что это высокий показатель среди электронной аппаратуры. Используемая схема позволяет выполнять регулировку уровня сварочного тока от нескольких ампер, до сотен, а то и тысяч.

Например, инвертор марки ММА, он составляет 20 – 220 А. Инверторы могут работать длительное время. Управление источником питания можно выполнять дистанционно. К несомненным преимуществам инверторов можно отнести их малые габаритно-весовые характеристики, позволяющие перемещать устройство на месте выполнения сварки. В конструкции аппаратов использована двойная изоляция, обеспечивающая электрическую безопасность.

Технологические достоинства

Применение инверторов позволяет использовать электроды любой марки, которые работают и с постоянным и переменным током. Устройства этого типа могут быть использованы для сварки с неплавящимся электродом в среде защитного газа. Кроме того, конструкция этого оборудования позволяет легко автоматизировать сварочные процессы.

Вольфрамовые электроды для аргонодуговой сварки

Электроды для контактной сварки

Сварка может быть выполнена с применением короткой дуги, таким образом, снижаются энергопотери и повышается качество сварного шва, в частности, на поверхности свариваемых деталей практически не образуются брызги от выполнения сварки. Кстати, применение инверторов позволяет получать швы в любой пространственной конфигурации.

Микропроцессор

В управлении современными сварочными инверторами применяют микропроцессоры, и это обеспечивает стабильную связь между напряжением, током.

Минусы, которым обладают инверторы

Инверторы ремонтировать несколько сложнее, чем традиционные трансформаторные агрегаты. Если из строя выйдут некоторые элементы управления, размещенные на плате, то ремонт может встать примерно в треть от стоимости нового сварочного инвертора.

Инверторы, в отличие от оборудованиях других типов, очень боится пыли. То есть такие аппараты должны чаще обслуживаться. Работа инверторным сварочным аппаратом ограничена и низкими температурами. Кроме того, существуют некоторые ограничения на хранение инвертора при минусовых температурах. Это чревато образованием конденсата, который может привести к короткому замыканию на плате.

Выходы

Преобразователи могут оснащаться различными типами выходов для подключения потребителей:

Электрическая розетка (обычная, европейского стандарта или универсальная).
Разъём USB.

Специальные разъёмы DC напряжением от 12 до 28 В (к ним подключается автомобильное оборудование: магнитолы, телевизоры, подогрев сидений и т.д.).

Количество выходов каждого типа зависит от конкретной модели.

Как выбрать сварочный аппарат для дома и дачи на 220 В

При подборе сварочного оборудования потребитель должен определиться для решения, каких задач он будет необходим.

Если он будет использоваться для ремонта кузовных деталей, то у него должны быть одни параметры, а если для работы по изготовлению металлоконструкций то другими. Но в любом случае, устройства должны отвечать ряду требований, в частности, в домашнем аппарате должны быть реализованы такие функции, как горячий старт, антизалипание и некоторые другие. Именно этим инверторы отличаются от традиционных аппаратов.

В конструкции аппарата этого типа должен быть установлен вентилятор. Кроме того, схема должны быть защищена от скачков напряжения в питающей сети. В принципе устройство, обладающее такими параметрами, могут работать и в условиях домашней мастерской, и в условиях промышленного производства.

Классификация инверторов

Сварочные инверторы можно классифицировать по размеру сварочного тока. Производители выпускают три типа устройств:

100-160 А – маломощные;
160-200 А — средние;
200-250 А — мощные.

Существует зависимость, между размером силы тока и габаритами аппарата. При выборе аппарата для использования в домашних условиях следует руководствоваться теми задачами, которые предстоит им решать.

Самые слабые аппараты можно отнести к устройствам самого низкого уровня, многие их используют для получения навыков работы. Аппараты, которые относят к среднему классу относят к самым популярным и позволяют выполнять самые разнообразные работы начиная от сборки забора и изготовления довольно сложных металлоконструкций. Самые мощные аппараты по большей части применяют в производственных целях. Их применяют для работы с металлопрокатом большой толщины.

Электроды для ручной дуговой сварки

Большая часть инверторов предназначена для работы с электродами, покрытыми обмазкой. Но их можно использовать и для работы со сварочной проволокой. Для этого, на устройство устанавливают приспособление которое подает проволоку в сварочную зону. Проволока подается через сварочный пистолет, через него же подается и газовая смесь, защищающая рабочую зону от воздействия атмосферного воздуха.

Материал

Для изготовления корпуса преобразователя могут использоваться разные материалы:

Алюминий.
Сталь.

Пластик.

Также существуют комбинированные варианты (алюминий с пластиком и сталь с пластиком).

Алюминиевый корпус лучше других обеспечивает пассивное охлаждение. Изделия из стали обладают повышенной прочностью. Вариант из пластика подходит только для маломощных инверторов.

Мнение эксперта

Кузнецов Василий Степанович

Вне зависимости от материала корпуса и типа охлаждения, устанавливать инвертор необходимо только на открытом пространстве, чтобы обеспечить беспрепятственное отведение тепла.

Дополнительные функции в инверторах

В современных инверторных устройствах реализованы некоторые опции, которые заметно облегчают работу сварщика:

Горячий старт – зачастую у начинающих сварщиков, да и не только у них, возникают сложности с розжигом и поддержанием дуги в рабочем состоянии. В момент розжига, ток вырастает до необходимого уровня и сразу после розжига возвращается к рабочим параметрам. Процесс изменения тока происходит полностью автоматически, без участия сварщика.
Еще одна проблема, которая преследует новичков – залипание электрода. Причин тому несколько, но решение у нее одно – снижение уровня сварочного тока. Эта операция так же выполняется автоматически.

Форсаж дуги позволяет выполнять швы в разных пространственных положениях.
Снижение напряжения холостого хода до безопасного для рабочего и его окружающих людей уровня.

Общие сведения о приборе

Величайшее открытие Николы Теслы сегодня используется человечеством повсюду. Большинство приспособлений в каждом доме предназначены для работы от источника постоянного тока, но от розеток идет переменный. Именно поэтому почти всегда требуется специальное устройство или выпрямитель, который будет преобразовывать AC в DC.

Инвертор же выполняет совершенно противоположную функцию. Можно рассмотреть его работу на примере обычного фонарика. Прибор небольшой и питается от встроенного аккумулятора, который становится источником постоянного тока. Если извлечь его из приспособления, перевернуть другим полюсом и снова установить, разницы в работе или в качестве освещения не будет заметно. Однако электричество будет протекать по-другому.

Такой процесс можно сравнить с механическим преобразователем, когда человеческие руки поворачивают аккумулятор со скоростью 50−60 раз в секунду. Конечно, приборы, которые можно приобрести в специализированных магазинах, работают несколько иначе. Для постоянного изменения направления движения электронов используются магнитные переключатели. Однако такая конструкция только у приспособлений механического типа.

Электронные инверторы меняют направление плавно, исключая резкие перепады напряжения. Второй тип считается более предпочтительным вариантом, поскольку постоянные скачки напряжения отрицательно отражаются на функционировании некоторых электроприборов. Конструкция таких инверторов оснащена специальными индукторами и конденсаторами. Эти детали смягчают поток энергии на входе и выходе, за счет чего и образуется плавный источник питания для электроприборов.

В некоторых случаях инверторы применяются для трансформаторов с целью преобразования источника переменного тока на более высокую или низкую частоту в зависимости от нужд конкретного потребителя. Стоит отметить, что выходная мощность всегда меньше входной. Это необходимо для нормального функционирования устройств. Любой трансформатор или инвертор не может выделять больше энергии, чем потребляет, поскольку некоторая ее часть теряется.

Определяемся с характеристиками

Как и любое техническое оборудование, сварочные инверторы обладают рядом технических параметров, которые определяют их возможности.

Сварочный ток

Инверторные сварочные аппараты обеспечивают генерацию сварочного тока в диапазонах от 100 до 250 А.

Напряжение холостого хода

После преобразования тока, подаваемого из электрической сети в 220 В, на выходе из аппарата получается ток с напряжением в 50 – 90 В и рабочей частотой в 20 – 50 кГц. Для розжига дуги необходимо использовать максимальное напряжение, но оно создает угрозу безопасности сварщика и окружающих людей. Поэтому после окончания работы, напряжение падает до безопасного уровня.

Режим работы на максимальном токе

Важный показатель работы любого сварочного аппарата это показатель длительности работы. Его могут называть ПН или ПВ. Этот показатель говорит о том, какое количество времени будет работать аппарат при десятиминутном сварочном цикле, до отключения.

Другими словами, если ПВ составляет 50% — это значит что время эффективной работы, составит 5 минут, если показатель составляет 70%, то время составит 7 минут. Этот показатель должен быть отражен в технической документации, входящей в состав поставки сварочного аппарата.

Видео «Создание преобразователя для ламп дневного света»

Преобразователь напряжения с 12 на 220 В используют там, где есть необходимость подключения электрических устройств, потребляющих стандартный сетевой ток, к источнику переменного напряжения. Во многих случаях эта сеть бывает недоступна. Применение автономного бензинового генератора требует соблюдения правил его обслуживания: постоянный контроль за уровнем рабочего топлива, обеспечение вентиляции. Применение преобразователей в комплекте с автомобильными аккумуляторными батареями позволяет решить задачу оптимальным способом.

Источник питания для питания портативных и карманных приемников

Бестрансформаторный источник питания (рис. 23) предназначен для питания портативных и карманных приемников от сети переменного тока напряжением 220 В. Следует учитывать, что этот источник электрически не изолирован от питающей сети. При выходном напряжении 9В и токе нагрузки 50 мА источник питания потребляет от сети около 8 мА.

Рис. 23. Схема бестрансформаторного источника питания на основе импульсного преобразователя напряжения.

Сетевое напряжение, выпрямленное диодным мостом VD1 — VD4 (рис. 4.23), заряжает конденсаторы С1 и С2. Время заряда конденсатора С2 определяется постоянной цепи R1, С2. В первый момент после включения устройства тиристор VS1 закрыт, но при некотором напряжении на конденсаторе С2 он откроется и подключит к этому конденсатору цепь L1, СЗ.

При этом от конденсатора С2 будет заряжаться конденсатор СЗ большой емкости. Напряжение на конденсаторе С2 будет уменьшаться, а на СЗ — увеличиваться.

Ток через дроссель L1, равный нулю в первый момент после открывания тиристора, постепенно увеличивается до тех пор, пока напряжения на конденсаторах С2 и СЗ не уравняются. Как только это произойдет, тиристор VS1 закроется, но энергия, запасенная в дросселе L1, будет некоторое время поддерживать ток заряда конденсатора СЗ через открывшийся диод VD5. Далее диод VD5 закрывается, и начинается относительно медленный разряд конденсатора СЗ через нагрузку. Стабилитрон VD6 ограничивает напряжение на нагрузке.

Как только закрывается тиристор VS1 напряжение на конденсаторе С2 снова начинает увеличиваться. В некоторый момент тиристор снова открывается, и начинается новый цикл работы устройства. Частота открывания тиристора в несколько раз превышает частоту пульсации напряжения на конденсаторе С1 и зависит от номиналов элементов цепи R1, С2 и параметров тиристора VS1.

Конденсаторы С1 и С2 — типа МБМ на напряжение не ниже 250 В. Дроссель L1 имеет индуктивность 1…2 мГн и сопротивление не более 0,5 Ом. Он намотан на цилиндрическом каркасе диаметром 7 мм.

Ширина обмотки 10 мм, она состоит из пяти слоев провода ПЭВ-2 0,25 мм, намотанного плотно, виток к витку. В отверстие каркаса вставлен подстроечный сердечник СС2,8х12 из феррита М200НН-3. Индуктивность дросселя можно менять в широких пределах, а иногда и исключить его совсем.

Использование стабилизаторов

Некоторые модели инверторов оснащены встроенными стабилизаторами. Это устройство позволяет поддерживать постоянный уровень напряжения в сети. Такая функция полезна, однако возможности встроенных вариантов обычно невелики. Кроме того, не всегда на высоте и надёжность. При отсутствии подключения к городской электросети применять инвертор со встроенным стабилизатором не следует, поскольку дизель-генераторы обычно не обладают достаточным запасом мощности. Чтобы добиться этого, придется покупать наиболее дорогостоящее оборудование.

Что такое инвертор, он же преобразователь напряжения с 12 на 220 Вольт?