Сварочный инвертор это устройство преобразующее входной
переменный ток в постоянный, далее с помощью транзисторных ключей постоянный
ток преобразуется в переменный с частотой выше 50кГц и подаётся на высокочастотный
сварочный трансформатор с последующим выпрямлением. Система управления с
помощью обратных связей формирует идеальные выходные характеристики для любого
способа сварки.
Благодаря высокой частоте, вес и размеры силового
трансформатора снижаются в разы по сравнению с традиционными сварочными
аппаратами. Например, обычный сварочный трансформатор на 160А весит 18кг, в то время как силовой трансформатор
сварочного инвертора на 160А весит всего
0,25кг и по размерам чуть больше пачки сигарет.
Сварочные инверторы являются наиболее современными источниками сварочного тока. В отличие от
трансформаторов и выпрямителей, у инверторов отсутствует силовой
трансформатор. Работа сварочного
инвертора построена на принципе фазового сдвига (инверсии) напряжения, осуществляемого
электронной микропроцессорной схемой с покаскадным усилением тока (обычно
микропроцессором типа IGBT). За счёт применения такого принципа удаётся
получить широкий спектр вольт-амперных характеристик - от крутопадающей до
возрастающей - с очень гладкой кривой тока, отклонения которого снижены до
уровня десятых долей процента, что позволяет добиваться высокого качества
сварки. Включение в схему высокочастотного генератора расширяет сферу
применения инверторных источников питания и позволяет использовать их
практически для любого метода дуговой сварки и для плазменной резки.За счёт
небольшой массы, инверторы малой мощности очень перспективны для использования
при монтаже ответственных металлоконструкций и трубопроводов, к сварным
соединениям которых предъявляются повышенные требования, а условия работы не
позволяют применять громоздкое промышленное оборудование, предназначенное для
работы в цеховых условиях. Мощные инверторы промышленного типа позволяют
создавать сварочные комплексы для любого вида дуговой сварки, построенные по
модульному принципу - на основе одного источника тока. Все инверторы имеют
плавную регулировку сварочного тока, а цифровая схема микропроцессора и
введение ячеек памяти позволяет организовать запоминание нескольких наиболее
часто применяемых режимов сварки.
Преимущества инверторных аппаратов:
1. Малый вес (5-10 кг) и скромные размеры сварочных
инверторов позволяют производить сварку, легко перемещаясь вместе с аппаратом;
2. В инверторе нет силового трансформатора, а значит нет
внутренних потерь на перемагничивание железа, на нагрев обмоток при
взаимодействии их электромагнитных полей, на
поглощение части электромагнитной индукции регулировочным шунтом - то
есть КПД инвертора просто несопоставим с КПД обычного сварочного трансформатора
или выпрямителя. Так, при сварке электродом диаметром 3 мм обычный аппарат потребляет не менее 6-7 кВт,
а любой, даже самый простенький инвертор не более 4 кВт;
3. Микропроцессорное управление сварочного инвертора
обеспечивает устойчивую обратную связь тока и напряжения на дуге с выходными
параметрами аппарата - при зажигании
дуги аппарат генерирует дополнительный импульс тока (так называемый
"горячий старт"), а при коротком замыкании сварочный ток сразу
отключается - то есть "приморозить" электрод здесь практически
невозможно;
4. Сварочный инвертор имеет значительно более широкий, чем у
обычного аппарата, диапазон регулировки сварочного тока, что особенно важно при
сварке тонкими электродами (диаметром 1,6 или 2 мм) - дуга
на малых токах "шепчет", брызг нет - не сварка, а одно удовольствие.
5. Что же касается стоимости сварочных инверторов, то она
уже достаточно давно, и не без участия производителей из КНР, вплотную
приблизилась к стоимости традиционных сварочных аппаратов, тем более, что цены
на обычные аппараты тоже на месте не стоят - так что разница в цене
заслуженная.
Недостатки:
Здесь надо четко различать:
- эксплуатация на производстве;
- использование аппарата дома, в гараже, на даче.
На производстве основной враг инвертора пыль, причем любая -
и от "болгарки" и от реконструкции стен.
На втором месте - желание, с помощью ивертора, разрезать
пополам рельс. Разумеется, такие желания не всегда совпадают с возможностями
аппарата, тем более что резать такой "сварщик" старается быстро и тепловое
реле аппарата просто не успевает среагировать на такую сверхнагрузку. В
результате дорогостоящий модуль I.G.B.T. - "сердце" аппарата, выходит
из строя прежде, чем аппарат отключится сам.
Дальше идут такие "мелочи" как небрежное обращение
с аппаратом, продолжение его эксплуатации при появлении явных признаков
неисправности, ослабление фиксации сварочных кабелей в панельных гнездах, да и
просто передача инвертора неквалифицированному сварщику, хотя и "асы"
тоже бывают хороши.
Что же касается эксплуатации аппарата в быту, то здесь
характерны следующие проблемы: заметно низкое (ниже 180В) напряжение в дачной
или гаражной электросети (владелец аппарата даже и в этом случае, по наивности,
ждет от него эффективной работы), а второе место делят между собой зимнее
хранение аппарата в сарае или в гараже и
передача аппарата соседу.
Но в большинстве случаев, аппараты у частных владельцев
живут долго и счастливо.
Есть у сварочных инверторов еще одна особенность. Это
труднопроизносимое название. Многие так
и норовят сказать "инвектор".
Впрочем, на отличные потребительские характеристики инверторов это почти не
влияет.
Принцип действия
инвертора.
Инвертор - это
устройство, преобразующее постоянное напряжение в высокочастотное переменное.
Конвертор - устройство для понижения или увеличения постоянного напряжения,
иногда с промежуточным высокочастотным звеном.
С появлением инверторных источников более простые неинверторные стали
называть конвенциональными, т.е. традиционными.
Схема выпрямителя с
двухтактным транзисторным (рис.1) инвертором наиболее удобна для объяснения
процесса инвертирования. Входной выпрямительный блок V1 преобразует переменное
напряжение сети в постоянное, которое сглаживается с помощью низкочастотного фильтра
L1, С1. Затем выпрямленное напряжение Uвс преобразуется в однофазное переменное
U1 высокой частоты с помощью инвертора на двух транзисторах VT1 и VT2. Далее
напряжение понижается трансформатором Т до U2, выпрямляется блоком вентилей V2,
проходит через высокочастотный фильтр L2, С2 и подается на дугу в виде
сглаженного напряжения.
Схема выпрямителя с
транзисторным инвертором
Подробнее
рассмотрим процесс инвертирования. При подаче сигнала на базу транзистора VT1
отпирается его коллекторная цепь, и по первичной обмотке трансформатора Т в
интервале времени t1 протекает ток в направлении, показанном тонкой линией. При
снятии сигнала с базы этот ток прекращается. С некоторой задержкой отпирается
транзистор VT2, при этом в интервале времени t2 ток по трансформатору идет уже
в другом направлении, показанном пунктиром. Таким образом, по первичной обмотке
трансформатора идет переменный ток. Длительность его периода Т и частота
переменного тока f = 1/Т зависят от частоты запуска транзисторов, определяемой системой
управления. Обычно частота устанавливается на уровне 1-100 кГц. Поскольку эта
частота не зависит от частоты сети, такой инвертор называют автономным. Иногда
инвертор конструктивно объединяют с трансформатором Т, выпрямительным блоком V2
и фильтром L2-C2. Такое устройство называют конвертором, у него на выходе, как
и на входе, постоянное напряжение, но меньшей величины.
Если на входе
инвертора установлен мощный накопительный конденсатор С1, то напряжение
инвертора U1 имеет прямоугольную форму, как показано на рис.2. Такую конструкцию называют автономным
инвертором напряжения (АИН). Напротив, если на входе инвертора установить
мощный дроссель L1, а обмотку трансформатора Т шунтировать конденсатором, то
сглажен будет уже входной ток. Такой преобразователь называется инвертором тока
(АИТ). Наконец, возможна конструкция, в которой благодаря наличию
последовательно соединенных индуктивности и емкости образуется колебательный
контур с синусоидальным током, она названа резонансным инвертором (АИР).
Регулирование
режима сварки осуществляется несколькими способами. Например, если входной
выпрямительный блок выполнить тиристорным, то при увеличении напряжения Uвс
увеличивается и амплитуда высокочастотного напряжения U2 и среднее значение Uв
выпрямленного напряжения (рис.2а):
Uвс ↑
=> U1 ↑ => U2 ↑ => Uв ↑
Возможно также регулирование изменением частоты импульсов
(рис.2б):
f ↑
=> T ↓ => Uв ↑
Но наибольшее распространение получил способ
широтно-импульсного регулирования (рис.2в):
t ↑
=> Uв ↑,
поскольку при постоянной частоте облегчается выбор
параметров выходного фильтра, а также снижается спектр электромагнитных помех,
которые легче устранить входным фильтром.
Осциллограммы при регулировании напряжения изменением
амплитуды (а), частоты (б) и
ширины импульсов (в).
В выпрямителе с
инвертором используется амплитудное, частотное и широтное регулирование режима.
Естественные
внешние характеристики выпрямителя зависят от конструкции инвертора и
трансформатора. Искусственные характеристики формируются с помощью обратных
связей по току и напряжению.
Сварочные свойства
выпрямителей с инвертором, как правило, лучше, чем у конвенциональных
источников, и объясняется это высоким быстродействием инвертора. Если у
неинверторного однофазного выпрямителя длительность переходного процесса
составляет не менее полупериода стандартного переменного тока, т. е. около 0,01
с, то у выпрямителя с инвертором быстродействие характеризуется значениями 0,0005
с и меньше. При механизированной сварке в углекислом газе такой выпрямитель
способен обеспечить сложный алгоритм изменения тока с целью управления
переносом электродного металла при длительности отдельных этапов цикла около 1
мс. Высокие динамические свойства выпрямителя с инвертором проявляются и в
случае программного управления процессом ручной дуговой сварки, например по
циклограмме. В этом случае легко обеспечивается горячий пуск в начале сварки,
быстрый переход от одного из заранее настроенных режимов к другому при
попеременной сварке то нижних, то вертикальных швов, сварка пульсирующей дугой
с регулируемой формой импульса и т. д.
Достоинства и
недостатки выпрямителя с инвертором тесно связаны друг с другом. Здесь энергия
претерпевает по крайней мере четыре ступени преобразования. Тем не менее, такой
выпрямитель экономичен и весьма перспективен. Дело в том, что сердечник
высокочастотного трансформатора имеет очень малые сечение и массу. Обычно
сердечник весит в десятки раз меньше, чем сердечник трансформатора на 50 Гц. В
целом, такой выпрямитель имеет
замечательные массо-энергетические характеристики: 0,02-0,1 кг на 1 А
сварочного тока и 1-4 кг на 1 кВт потребляемой мощности, т. е. весит в 5-15 раз
меньше других выпрямителей.
Выпрямитель с инвертором
пока еще дороже конвенциональных источников, поэтому его рекомендуют
использовать в тех случаях, где имеют значение малые масса и габариты - при
сварке на монтаже, в быту, на ремонтных работах. В эксплуатации такой источник
чрезвычайно экономичен. Его коэффициент мощности близок к 1, КПД не ниже 0,7, а
иногда достигает 0,9.
| 
