Основные принципы работы сварочного инвертора, отличия от трансформаторного аппарата

Основные принципы работы сварочного инвертора, отличия от трансформаторного аппарата

На смену стандартному сварочному оборудованию приходят инверторы — устройства для преобразования электросигнала с увеличением силы тока при минимальном напряжении. Компактные агрегаты, которые не понижают напряжение электросети, используются для домашней сварки и на строительных участках, могут работать от генератора.

Принцип работы сварочного инвертора — ступенчато, поступательно увеличивать силу тока за счет снижения напряжения. На электрод выходит энергия с максимальной силой, необходимой для розжига дуги и качественной сварки.

Схематичный принцип работы сварочного инвертора

Логика здесь следующая:

• — Переменный ток, имеющий частоту 50 Гц от обычной бытовой сети подаётся на выпрямитель;
• — Далее постоянный (уже выпрямленный) ток сглаживается специальным фильтром — так называемым дросселем с конденсатором;
• — Затем, отфильтрованный ток преобразуется инвертором обратно в переменный, но с другой частотой;
• — Силовой трансформатор снижает это напряжение до 70-90 вольт, увеличивая при этом силу тока до 100 -220 ампер;
• — Высокочастотный выпрямитель снова преобразует переменный ток в постоянный и опять через фильтр направляет уже на дугу;
• — Все описанные выше процессы перехода тока из одного состояния в другое, контролирует электронный блок управления.

Видите как всё «до безобразия просто». Да да, скажет кто-то, куда же ещё проще.

Как же понять — какая сила тока в том или ином инверторе?

Если этот показатель вам необходимо знать совершенно точно, тогда полезно будет раздобыть токоизмерительные клещи с датчиком Холла, тогда вы сможете проверить выдаваемый сварочным аппаратом ток прямо во время покупки, включив инвертор, установив на его регуляторе максимальное значение и померив ток, который может генерировать инструмент.

Более того, одного замера тока недостаточно, ведь аппарат может выдать ток в 200 или 250 Ампер, но рабочим этот ток едва ли можно назвать. Здесь потребуется замер сварочного напряжения, и если при номинальном токе в 200 Ампер, напряжение окажется ниже требуемого, тогда рабочими 200 Ампер в сварочном инверторе назвать нельзя.

Стоит понимать что рабочее сварочное напряжение для различной силы тока будет отличаться, но посчитать необходимое не составит труда. Для этого нужно применить следующую формулу:

Рабочее сварочное напряжение=20+0,04*Сила тока аппарата

Так легко вычислить, что для аппарата в 160 Ампер напряжение должно составлять 26,4 Вольта; для 200А — 28В, а для 250А — 30В

Применение сварочных выпрямителей

Аппараты применяют при сварке на низких и высоких токах, прямой и обратной полярности.

Силовые параметры регулируют по толщине металла, учитывают температуру пластичности обрабатываемого сплава.

К устройствам подключают:

• держатели с угольными плавкими электродами или вольфрамовыми тугоплавкими;
• подающие насадки полуавтоматов и автоматов.

Особенности использования

Первое, на что нужно обратить внимание, если вы хотите использовать выпрямитель в быту — это напряжение вашей электросети. Вряд ли оно превышает 220В, а зачастую цифра даже меньше. Конечно, в продаже существуют аппараты, способные работать от напряжения 220В, но они встречаются редко. Большинство выпрямителей требуют 380В для полноценной работы. Такую электросеть еще называют промышленной трехфазной. Чтобы решить эту проблему, необходимо использовать генератор, выдающий 380В.

Отсюда вытекает главный недостаток выпрямителя. Это мощный аппарат, дающий вам множество возможностей, который при этом стоит не очень дорого. Но для его работы придется докупать недешевый генератор и каждый раз возиться с подключением. Именно по этой причине многие новички предпочитают купить маломощный инвертор и включить его в розетку, вместо того, чтобы мучиться с трансформатором или выпрямителем.

Также учитывайте, что для стабильной работы недостаточно просто подключить выпрямитель к 380В и приступить к работе. Выпрямитель (как и трансформатор) очень требователен к самой электросети. Она должна быть не просто стабильна, но и иметь запас по мощности. Это необходимо для поджига дуги и ее стабильного горения.

Также учитывайте, что с выпрямителем не так просто поджечь дугу, даже если с напряжением в сети все отлично. Здесь важно иметь навык или просто много практиковаться. Выпрямитель не оснащен дополнительным функционалом вроде форсажа дуги или горячего старта. Так что вам придется поджигать дугу, опираясь на свой опыт и навыки.

Несмотря на все трудности, выпрямитель — это очень стабильный и надежный аппарат. Он без проблем переносит небрежное хранение и регулярную работу. В том числе при атмосферных осадках (хотя мы не рекомендуем производить сварку при плохих погодных условиях).

Как выбрать сварочный аппарат
для дома и мастерской

Сварка плавящимся электродом из тонкой металлической проволоки, покрытой шлаком. Последний выделяет большое количество углекислого газа при горении, защищая свариваемую поверхность от окисления. Технология MMA чаще используется в быту. Она подходит для работы со сталью и чугуном с минимальным содержанием никеля, хрома, марганца, ванадия и других укрепляющих примесей. Однако не подойдет для высоколегированных сталей и цветных металлов.

Сварка тугоплавким электродом в защитной среде. Стержень из прочного материала проводит электричество, а для защиты от окисления используется аргон или другой инертный газ, который подаётся из баллона. Технология TIG используется как в промышленности, так и в быту. Она подойдёт для сварки высоколегированной нержавеющей стали и сплавов цветных металлов, в том числе алюминия, магния, цинка, хрома и никеля.

MIG/MAG

Полуавтоматическая сварка плавящейся проволокой, которая подаётся из специальной катушки. Может происходить в инертном газе (для цветных металлов и легированных сплавов) или воздухе (для стали и чугуна). Большие металлические листы соединяют порошковой проволокой (FCAW), отключая подачу газа. Технология MIG/MAG чаще используется при больших объёмах работы — на СТО, в металлообрабатывающих мастерских и на сборочных конвейерах.

Основные типы сварочных аппаратов

Сварочные трансформаторы

Подходят для сварки низколегированной стали. При включении создают сильное электромагнитное поле между двумя медными катушками. Переходя с первичного контура на вторичный, оно понижает напряжение с 220 или 380 вольт до 30–70 В и повышает силу тока до 50–1000 ампер.

Электрические характеристики трансформатора регулируются, в зависимости от типа сплава, толщины или покрытия. В быту можно отключить часть витков катушки, чтобы снизить силу тока. Такая конструкция проста, надёжна и легка, но она устойчиво работает только при невысокой мощности — до 2 кВт. В полупрофессиональных моделях используются магнитные шунты — дополнительные проводники, которые отводят часть электричества в другой контур. Они плавно регулируют силу тока, но создают сильные радиопомехи. Поэтому не ставьте рядом с электронными приборами.

Современные сварочные трансформаторы служат примерно в 1,5 раза дольше других моделей и обходятся дешевле — от 4–5 тысяч рублей. Бытовые модели не подходят для цветных металлов или легированной стали. Им нужно хорошее охлаждение — для этого есть шумный вентилятор, а вес таких моделей — 10-25 кг у бытовых, а до 250 кг у профессиональных.

Сварочные выпрямители

Похожи на трансформаторы, только выпрямляют переменный ток, превращая его в постоянный. Позволяют регулировать мощность с меньшим шагом, получая более точные характеристики тока на выходе.

Сварочный аппарат с выпрямителем подходит для работы с высоколегированными сталями, которые используются в производстве ручных инструментов, автомобилей, а также несущих конструкций зданий, мостов, ангаров и других сооружений. Такие модели сделают ровный и тонкий шов с минимальным количеством пузырей, брызг и других дефектов. Они очень надёжны, но их КПД ниже, чем у трансформаторов, а энергопотребление выше на 10–20%. Вес внушительный — от 10 кг, а стоимость — от 7000 рублей.

Инверторы

Инверторы работают по схеме двойного выпрямления — вначале переменный ток из сети преобразуется диодами в постоянный. Происходит стабилизация напряжения и силы тока, а нужное напряжение и сила сварочного тока получается с погрешностью менее 5%.

Инверторные сварочные аппараты делятся на две категории. Модели MOSFET дают большую погрешность при регулировке тока и быстрее нагреваются, но дешевле в ремонте. IGBT-инверторы с изолированным затвором надёжнее — дольше работают без охлаждения, но ремонтировать их намного сложнее из-за малых размеров компонентов на плате.

Инвертор стоит выбрать для строительства и работы под открытым небом. Они подходят для работы с любыми металлами, благодаря минимальному количеству брызг. Кроме того, они позволяют плавно регулировать силу тока на выходе. Но при высоких нагрузках (более 200 А) инверторы служат меньше трансформаторов и выпрямителей в 1,2–1,5 раза. Они сложнее в ремонте и дороже: компактные бытовые модели от 10 000 рублей, а мощные — от 25 000 рублей. Минимальный вес — 2-3 кг.

Основные характеристики сварочных аппаратов

Напряжение на входе

Однофазные приборы работают от бытовой электросети 220 В. Они подходят для небольшого объёма работ — ремонта ворот в гараже или сварки арматуры при строительстве своими руками. Трёхфазные модели с напряжением 380 В — идеальный выбор для профессионального применения в мастерских или на СТО. Они мощнее и устойчивее к нагреву, но стоят от 15 000 рублей и выше.

Допустимый диаметр электрода

Электроды подбираются по толщине обрабатываемой поверхности. Если вы свариваете листовой металл толщиной до 3 мм, вам нужен электрод диаметром до 2 мм. Для 5-миллиметрового металла подходят электроды от 2 до 5 мм, а для 10-миллиметрового — от 4 до 6 мм.

Минимальный и максимальный сварочный ток

Зависит от диаметра используемого электрода. При работе с 2-миллиметровым электродом можно выбирать от 30 до 80 А, с 3—миллиметровым — от 70 до 130 А, с 5-миллиметровым — от 150 до 220 А. Если вам интересно, как рассчитать этот показатель самостоятельно, умножьте диаметр электрода в миллиметрах на 25 и на 45 (эмпирические значения — получены опытным путём), чтобы получить нижнюю и верхнюю границу силы тока.

Напряжение холостого хода

Напряжение между плюсовым и минусовым электродом в момент до зажигания сварочной дуги — от 15 до 90 вольт. Чем выше этот показатель, тем легче разжигается дуга, но тем опаснее прикосновение к работающему электроду.

Мощность

Чтобы понять, как выбрать сварочный аппарат, присмотритесь к характеристикам напряжения на входе, описанным выше. Мощность в кВт важна для розетки. Главное, чтобы её выдерживала вся электрическая цепь — от розетки до счётчика и кабеля на входе. Кстати, для сварочных аппаратов нужны особые удлинители, рассчитанные на высокие нагрузки — от 3,5 кВт и более.

Продолжительность включения (ПВ)

Показывает, сколько времени аппарат может работать без перерыва и измеряется в процентах от 10-минутного рабочего цикла. Если в инструкции вы видите надпись ПВ20, это означает, что устройство выдержит 10 * 20% = 2 минуты непрерывной сварки. После ему понадобится 8 минут охлаждения. При снижении силы тока продолжительность включения увеличивается — у некоторых моделей она достигает 80 или даже 100%.

Класс защиты от пыли и воды

Модели класса IP20 и 22 применимы только под крышей, IP44 — на улице, IP65, 66 и 67 — на пыльной стройплощадке и рядом с источником воды. Запрещается использовать электросварку во время дождя, при влажности воздуха более 80% или в сильно запылённом помещении.

Ограничения по температуре

Большинство сварочных аппаратов рассчитано на работу при +10. +35°. Если фактическое значение выше или ниже, срок службы устройства снижается, а погрешность регулировки тока повышается. Профессиональные агрегаты для строительства могут работать при температуре от −10 до +40°.

Способ установки

Ручные сварочные аппараты до 15 кг (70*70*50 см) можно переносить по строительной площадке и хранить на полке в гараже. Мобильные — до 50–100 кг устанавливаются на тележках с колёсами. Их можно передвигать между несколькими выделенными рабочими местами в мастерской. Стационарные сварочные аппараты весом до 2 тонн используют на промышленных предприятиях. Они жёстко крепятся к полу или передвигаются по рельсам.

Совместимость с металлами

Сварочные аппараты с плавкими электродами подходят только для работы со сталью и чугуном, содержащими минимальное количество легирующих примесей. Для сварки нержавеющей стали и цветных металлов нужны тугоплавкие электроды или полуавтоматические катушки, работающие в защитной среде. Стоимость таких моделей начинается от 15–20 тысяч рублей.

Работа от генератора

Бензиновые и дизельные генераторы допускают серьёзные погрешности напряжения и силы тока и создают высокочастотные помехи. Для работы с ними понадобится стабилизатор — внешний или встроенный в сварочный аппарат. Модели, совместимые с генераторами, стоят от 12–15 тысяч рублей.

Существуют также сварочные генераторы от 40 000 рублей. С ними можно работать вдалеке от розеток, например на дороге, даче или в гараже.

Дополнительные функции

Горячий старт (Hot Start) — повышение мощности на 1–2 секунды для быстрого розжига дуги.

Форсаж дуги (Arc Force) — подача электрических импульсов с высоким током для стабилизации «рвущейся» дуги.

Защита от залипания (Anti-Stick) — сбрасывает ток до минимального значения, при котором поддерживается горение дуги. Помогает оторвать прилипший электрод, не ломая его.

Понижение вольтажа (VRD) — автоматическое снижение напряжения при повышенной влажности или запылённости для защиты от удара током.

Совместимость с тугоплавкими электродами (TIG-Lift) — переключает между сваркой чёрных и цветных металлов. Для этого понадобится дополнительная горелка и баллон с инертным газом, предотвращающим окисление металла.

Инвертор

Принцип действия этих устройств заключается в преобразовании переменного тока сети в постоянный. Далее постоянный ток опять преобразуется в переменный, но только высокой частоты. После этого переменный ток подаётся на высокочастотный сварочный трансформатор который понижает напряжение и преобразует переменный ток в постоянный.

Инверторы на сегодняшний день одни из самых популярных источников питания сварочной дуги. Это обусловлено рядом преимуществ:

• постоянный ток с плавным регулированием;
• доступная цена;
• стабильное горение сварочной дуги и её лёгкое зажигание;
• малые габаритные размеры;
• малое энергопотребление
• малый вес.

Всё это делает инверторные источники питания незаменимыми в быту, а также на больших предприятиях.