Какое напряжение у сварочного аппарата на выходе?
Устройство сварочного инвертора
Принцип работы сварочного инвертора
В настоящее время стали очень популярны и доступны по цене сварочные аппараты инверторного типа.
Несмотря на свои положительные качества, они, как и любое другое электронное устройство, временами выходит из строя.
Чтобы отремонтировать инвертор сварочного аппарата нужно хотя бы поверхностно знать его устройство и основные функциональные блоки.
В первых двух частях будет рассказано об устройстве сварочного аппарата модели TELWIN Tecnica 144-164. В третьей части будет рассмотрен пример реального ремонта сварочного инвертора модели TELWIN Force 165. Информация будет полезна всем тем начинающим радиолюбителям, которые хотели бы научиться самостоятельно ремонтировать сварочные аппараты инверторного типа.
Дальше будет много букв – наберитесь терпения 
.
Сам инверторный сварочный аппарат представляет не что иное, как довольно мощный блок питания. По принципу действия он очень схож с импульсными блоками питания, например, компьютерными блоками питания AT и ATX. Вы спросите: «Чем они похожи? Это ведь абсолютно разные устройства…». Схожесть заключается в принципе преобразования энергии.
Основные этапы преобразования энергии в инверторном сварочном аппарате:
1. Выпрямление переменного напряжения электросети 220V;
2. Преобразование постоянного напряжения в переменное высокой частоты;
3. Понижение высокочастотного напряжения;
4. Выпрямление пониженного высокочастотного напряжения.
Это кратко, так сказать, на пальцах . Такие же преобразования происходят в импульсных блоках питания для ПК.
Спрашивается, а зачем нужны эти пляски с бубном (несколько ступеней преобразования напряжения и тока)? А дело тут вот в чём.
Ранее основным элементом сварочного аппарата являлся мощный силовой трансформатор. Он понижал переменное напряжение электросети и позволял получать от вторичной обмотки огромные токи (десятки – сотни ампер), необходимых для сварки. Как известно, если понизить напряжение на вторичной обмотке трансформатора, то можно во столько же раз увеличить ток, который может отдать нагрузке вторичная обмотка. При этом уменьшается число витков вторичной обмотки, но и растёт диаметр обмоточного провода.
Из-за своей высокой мощности, трансформаторы, которые работают на частоте 50 Гц (такова частота переменного тока электросети), имеют весьма большие размеры и вес.
Чтобы устранить этот недостаток были разработаны инверторные сварочные аппараты. За счёт увеличения рабочей частоты до 60-80 кГц и более, удалось уменьшить габариты, а, следовательно, и вес трансформатора. За счёт увеличения рабочей частоты преобразования в 4 раза удаётся снизить габариты трансформатора в 2 раза. А это приводит к уменьшению веса сварочного аппарата, а также к экономии меди и других материалов на изготовление трансформатора.
Но где взять эти самые 60-80 кГц, если частота переменного тока электросети всего 50 Гц? Тут на выручку приходит инверторная схема, которая состоит из мощных ключевых транзисторов, которые переключаются с частотой 60-80 кГц. Но чтобы транзисторы работали, необходимо подать на них постоянное напряжение. Его получают от выпрямителя. Напряжение электросети выпрямляется мощным диодным мостом и сглаживается фильтрующими конденсаторами. В результате на выходе выпрямителя и фильтра получается постоянное напряжение величиной более 220 вольт. Это первая ступень преобразования.
Вот это напряжение и служит источником питания для инверторной схемы. Мощные транзисторы инвертора подключены к понижающему трансформатору. Как уже говорилось, транзисторы переключаются с огромной частотой в 60-80 кГц, а, следовательно, трансформатор работает также на этой частоте. Но, как уже говорилось, для работы на высоких частотах требуются менее громоздкие трансформаторы, ведь частота то уже не 50 Гц, а все 65000 Гц! В результате трансформатор «сжимается» до весьма малых размеров, а мощность его такая же, как и у здоровенного собрата, который работает на частоте 50 Гц. Думаю, идея понятна.
Вся эта петрушка с преобразованием привела к тому, что в схемотехнике сварочного аппарата появляется куча всяких дополнительных элементов, служащих для того, чтобы аппарат стабильно работал. Но, хватить теории, перейдём к «мясу», а точнее к реальному железу и тому, как оно устроено.
Устройство сварочного аппарата инверторного типа. Часть 1. Силовой блок.
Разбираться в устройстве сварочного инвертора желательно по схеме конкретного аппарата. К сожалению, схемы на TELWIN Force 165 я не нашёл, поэтому нагло позаимствуем схему из руководства по ремонту другого аппарата – TELWIN Tecnica 144-164. Фотографии аппарата и его начинки будут от TELWIN Force 165, так как именно он оказался в моём распоряжении. Исходя из анализа схемотехники и элементной базы, особых отличий между этими моделями практически нет, если не учитывать мелочи.
Внешний вид платы сварки TELWIN Force 165 с указанием расположения некоторых элементов схемы.
Принципиальная схема сварочного аппарата инверторного типа TELWIN Tecnica 144-164 состоит из двух основных частей: силовой и управляющей.
Сначала разберёмся в схемотехнике силовой части. Вот схема. Картинка кликабельна (нажмите для увеличения – откроется в новом окне).
Сетевой выпрямитель.
Как уже говорилось, сначала переменный ток электросети 220V выпрямляется мощным диодным мостом и фильтруется электролитическими конденсаторами. Это нужно для того, чтобы переменный ток электросети частотой 50 герц стал постоянным. Конденсаторы С21, С22 нужны для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, которые всегда присутствуют после диодного выпрямителя. Выпрямитель реализован по классической схеме диодный мост. Он выполнен на диодной сборке PD1.
Следует знать, что на конденсаторах фильтра напряжение будет больше в 1,41 раза, чем на выходе диодного моста. Таким образом, если после диодного моста мы получим 220V пульсирующего напряжения, то на конденсаторах будет уже 310V постоянного напряжения (220V * 1,41 = 310,2V). Обычно же рабочее напряжение ограничивается отметкой в 250V (напряжение в сети ведь может быть и завышенным). Тогда на выходе фильтра мы получим все 350V. Именно поэтому конденсаторы имеют рабочее напряжение 400V, с запасом.
На печатной плате сварочного аппарата TELWIN Force 165 элементы сетевого выпрямителя занимают довольно большую площадь (см. фото выше). Выпрямительный диодный мост установлен на охлаждающий радиатор. Через диодную сборку протекают большие токи и диоды, естественно, нагреваются. Для защиты диодного моста на радиаторе установлен термопредохранитель, который размыкается при превышении температуры радиатора выше 90С 0 . Это элемент защиты.
В выпрямителе применяются диодные сборки (диодный мост) типа GBPC3508 или аналогичный. Сборка GBPC3508 рассчитана на прямой ток (I0) — 35А, обратное напряжение (VR) — 800V.
После диодного моста установлены два электролитических конденсатора (здоровенькие бочонки) ёмкостью 680 микрофарад каждый и рабочим напряжением 400V. Ёмкость конденсаторов зависит от модели аппарата. В модели TELWIN Tecnica 144 – 470 мкф., а в TELWIN Tecnica 164 – 680 мкф. Постоянное напряжение с выпрямителя и фильтра подаётся на инвертор.
Помеховый фильтр.
Для того чтобы высокочастотные помехи, которые возникают из-за работы мощного инвертора, не попадали в электросеть, перед выпрямителем устанавливается фильтр ЭМС – электромагнитной совместимости. На английский манер аббревиатура ЭМС обозначается как EMC (ElectroMagnetic Compatibility). Если взглянуть на схему, то фильтр EMC состоит из элементов С1, C8, C15 и дросселя на кольцевом магнитопроводе T4.
Инвертор.
Схема инвертора собрана по схеме так называемого «косого моста». В нём используется два мощных ключевых транзистора. В сварочном инверторе ключевыми транзисторами могут быть как IGBT-транзисторы, так и MOSFET. Например, в моделях Telwin Tecnica 141-161 и 144-164 используются IGBT-транзисторы (HGTG20N60A4, HGTG30N60A4), а в модели Telwin Force 165 применены высоковольтные MOSFET-транзисторы (FCA47N60F). Оба ключевых транзистора устанавливаются на радиатор для отвода тепла. Фото одного из двух транзисторов MOSFET типа FCA47N60F на плате TELWIN Force 165.
Снова взглянем на принципиальную схему и найдём на ней элементы инвертора.
Постоянное напряжение коммутируется транзисторами Q5 и Q8 через обмотку импульсного трансформатора T3 с частотой гораздо большей, чем частота электросети. Частота переключений может составлять несколько десятков килогерц! По сути, создаётся переменный ток, как и в электросети, но только он имеет частоту в несколько десятков килогерц и прямоугольную форму.
Для защиты транзисторов от опасных выбросов напряжения используются демпфирующие RC-цепи R46C25, R63C30.
Для понижения напряжения используется высокочастотный трансформатор T3. С помощью транзисторов Q5, Q8 через первичную обмотку трансформатора T3 (обмотка 1-2) коммутируется напряжение, которое поступает от сетевого выпрямителя (DC+, DC-). Это то самое постоянное напряжение в 310 – 350V, которое было получено на первом этапе преобразования.
За счёт коммутирующих транзисторов постоянное напряжение преобразуется в переменное. Как известно, трансформаторы постоянный ток не преобразуют. Со вторичной обмотки трансформатора T3 (обмотка 5-6) снимается уже намного меньшее напряжение (около 60-70 вольт), но максимальный ток может достигать 120 – 130 ампер! В этом и заключается основная роль трансформатора T3. Через первичную обмотку течёт небольшой ток, но большого напряжения. Со вторичной обмотки уже снимается малое напряжение, но большой ток.
Размеры этого самого трансформатора невелики.
Его вторичная обмотка выполнена несколькими витками ленточного медного провода в изоляции. Сечение провода внушительное, да и не мудрено, ток в обмотке может достигать 130 ампер!
Далее со вторичной обмотки импульсного трансформатора переменный ток высокой частоты выпрямляется мощными диодными выпрямителями. С выхода выпрямителя (OUT+, OUT-) снимается электрический ток с нужными параметрами. Это и необходимо для проведения сварочных работ.
Выходной выпрямитель.
Выходной выпрямитель собран на базе мощных сдвоенных диодов с общим катодом (D32, D33, D34). Эти диоды обладают высоким быстродействием, т. е. они могут быстро открываться и также быстро закрываться. Время восстановления trr of your page —>
Инвертор постоянного или переменного тока – какой выбрать
С момента своего появления и по сегодняшний день сварка прочно удерживает первенство в процессах соединения различных деталей, изделий и элементов металлических конструкций. Такая широкая сфера применения требует большого количества методов и технологий. Для того чтобы иметь возможность варить значительный ассортимент металлов, используют различные виды сварочных токов.
Виды сварочного тока
Сварочные трансформаторы выдают на выходе переменный ток (AC) сетевой частоты, то есть 50 герц. Скажем откровенно: сваривание металлов таким способом – процесс достаточно проблематичный. Во-первых, требуются сварщики высокой квалификации, во-вторых, шов получается недостаточно качественным.
Изменение напряжения дуги 100 раз в секунду приводит к соответствующим изменениям в скорости переноса расплавленного металла и температуры сварочной ванны. Результатом этих процессов станет разбрызгивание металла и неравномерность провара. Кроме того, такому виду сваривания свойственен уход шва в сторону.
Лучшие показатели получаются при ведении сварки постоянным (DC) током как прямой, так и обратной полярности (для подключения обратной полярности «+» и «-» источника меняют местами).
Постоянный ток можно получить от сварочного трансформатора с дополнительным силовым выпрямителем. Но, как вы понимаете, это вызовет лишние расходы. Наилучшие возможности предлагают нам инверторы. Здесь можно получить на выходе как переменное, так и постоянное напряжение.
Переменное напряжение сварочных инверторов имеет высокую частоту, за счет чего параметры дуги становятся более стабильными и по своим характеристикам приближаются к параметрам дуги постоянного тока. Некоторые металлы и сплавы можно варить только переменным током, например, алюминий, который имеет очень специфическую оксидную плёнку на поверхности. Эта плёнка может быть разрушена только переменным током. Таким образом, на сегодняшний день мы имеем широко востребованными три вида сварочного тока:
постоянный прямой полярности;
постоянный обратной полярности.
Инверторы постоянного и переменного тока
Устройство и отличие
Рассмотрим принцип работы инвертора переменного тока. Преобразование сетевого напряжения в сварочное происходит в следующей последовательности. Вначале оно выпрямляется и поступает на преобразователь, который генерирует высокочастотную последовательность импульсов. Основная идея состоит в том, чтобы на понижающий трансформатор подать напряжение сети 220 вольт с частотой не 50 Гц, а 30 – 70 кГц.
В этом случае значительно снижаются габариты и вес трансформатора. Для того чтобы вы смогли представить себе эту колоссальную разницу, приведем пример: трансформатор мощностью около 5000 Вт, преобразующий напряжение частотой 50 Гц, будет весить около 20 килограммов. Трансформатор такой же мощности, но работающий на частоте 50 кГц будет весить 250грамм. Что вы выберете?
Далее пониженное до 60 вольт напряжение поступает на сварочный электрод с выхода трансформатора.
Инвертор постоянного тока в большей части повторяет схему инвертора переменного тока. Но на выходе добавлен выпрямитель, который преобразует выходное переменное напряжение в постоянное.
Что выбрать
С отличиями в устройстве этих типов источников питания для сварочных процессов мы разобрались. Но, по большому счёту, для большинства пользователей устройство источника питания представляет слабый интерес. Более важным для него является назначение различных источников и области их применения. Это и станет, в конце концов, решающим при выборе.
Постарайтесь выбрать сварочный источник питания, который можно подключить к существующей сети без риска её перегрузки. Кроме того, назначение источника должно соответствовать работам, которые вы собираетесь выполнять с его помощью. Для правильного выбора ознакомьтесь с особенностями сваривания различных металлов.
Отличается ли сварка переменным и постоянным током
Сваривание металлов постоянным током, полученным от инверторных преобразователей, позволяет получить качественный сварной шов даже сварщикам невысокой квалификации. Отсутствие изменений направления и силы тока, свойственные переменному напряжению, обеспечивают ровное и стабильное горение дуги, что приводит к увеличению глубины проплавления металла и создаёт условия увеличения механической прочности сварного соединения.
Ещё одно существенное преимущество сварки постоянным током — уменьшение разбрызгивания металла, которое экономит электроды, присадочные материалы и повышает производительность труда за счёт уменьшения объёмов работ по зачистке швов.
Инверторные преобразователи входят в состав различных аппаратов как источники питания. Аппараты ручной дуговой сварки прекрасно справляются со свариванием стальных и чугунных деталей. Для сваривания нержавеющих сталей и цветных металлов, лучше использовать аппараты аргонно-дуговой сварки. Автомобильный кузов обычно ремонтируют точечной сваркой на базе того же инвертора постоянного тока.
Обратная полярность напряжения имеет свои преимущества и недостатки, в сравнении со свариванием постоянным напряжением прямой полярности. Для реализации этого метода требуются специальные электроды или проволока (в случае работы на полуавтомате). Принятие решения об использовании той или иной полярности зависит от особенностей процесса и вида сварочного оборудования.
Сварку переменным током используют для соединения тугоплавких металлов. В современной практике этот вид применяется для сваривания деталей, имеющих загрязнённую поверхность. Так иногда случается, что очистить деталь либо невозможно, либо очень сложно. Этот метод хорошо справляется с оксидными плёнками на поверхности металлов, даже на алюминии. На крупносерийных производствах сваривание переменным током используют как способ снижения себестоимости работ на изделиях, не требующих особой точности шва.
Делаем выводы: каждый вид имеет место в производстве, но наиболее универсальным и подходящим для дома, гаража, дачи является сварка изделий постоянным током, получаемым от сварочных инверторов. В подтверждение справедливости наших выводов можно привести статистические данные, говорящие о том, что 95,9 % сварочных аппаратов, купленных в Москве в прошлом году, составили аппараты на основе инверторов постоянного тока. Приобрести инверторные аппараты постоянного тока вы можете от производителя КЕДР на официальном сайте:
Каким должно быть напряжение холостого хода сварочного инвертора?
Напряжение холостого хода сварочного инвертора – это напряжение между положительным и отрицательным выходными контактами устройства при отсутствии дуги. У сварочного инвертора в исправном состоянии оно должно находиться в пределах, указанных в инструкции производителя. Обычно это напряжение от 40 В до 90 В. Такой номинал обеспечивает легкое зажигание дуги при сварке металла. Это создает и безопасность работы сварщика.
Схема сварочного инверторного полуавтомата.
Напряжение холостого хода: как возникает и на что влияет
Напряжение холостого хода получается путем преобразования напряжения питающей сети (220 В или 380 В, 50 Гц) в двух последовательных преобразователях, сначала в напряжение постоянного тока, а затем в переменное частотой 20-50 кГц. Затем высокочастотное напряжение подается на регулятор, поддерживающий необходимую величину напряжения на выходных клеммах и заданную силу тока при зажигании дуги.
Преобразование тока в сварочном инверторе.
Многие считают, что этот параметр влияет только на легкость зажигания дуги, чем выше напряжение, тем легче зажигается дуга. Условия работы сварщиков при монтаже конструкций далеки от идеальных. Случайное касание токоведущих частей с завышенным напряжением может привести к несчастному случаю.
У многих моделей инверторов напряжение холостого тока и сила рабочего тока находятся в прямой зависимости. При сварке металла, покрытого толстым слоем ржавчины или краски, дуга зажигается с трудом.
Если в этой ситуации увеличить напряжение холостого хода, то рабочий ток окажется избыточным, и вместо качественного соединения металла могут образоваться шлак и поры.
На чем отражается правильность подбора режима
Правильно установленный режим холостого хода обеспечивает качественное сгорание электрода и четко выраженный капельный перенос металла в сварную ванночку, образование надежного соединения с проваром корня шва. Образование брызг при поджоге и разрыве дуги минимальное, поверхность свариваемых деталей в зоне шва почти не требует дополнительной очистки. Одним из основных признаков правильно подобранного режима является характерный шипящий звук при горении дуги.
Трехфазный сварочный выпрямитель с регулировкой напряжения холостого хода секционированием витков обмоток трансформатора.
В некоторых моделях сварочного инвертора реализована дополнительная защитная функция от поражения сварщика электрическим током при повышенном напряжении холостого хода. Аппарат автоматически снижает напряжение до безопасной величины при возникновении нештатной ситуации и восстанавливает при исчезновении. Аппараты с увеличенным напряжением холостого хода используются при сварке электродами с тугоплавкой обмазкой, применяемыми для работы со специфическими сплавами.
Определенные модели инверторов для лучшего зажигания дуги оснащены схемой сварочного осциллятора. Такие устройства использовались на трансформаторных сварочных аппаратах с переменным и постоянным током. Осциллятор преобразует питающее напряжение сети в напряжение 2,5-3 кВ с частотой 150-300 кГц и выдает его на выходные клеммы импульсами длительностью в несколько десятков миллисекунд. Осциллятор состоит из повышающего низкочастотного трансформатора, подключенного к колебательному контуру, и разрядника с вольфрамовыми контактами. На выходе стоят конденсаторы, пропускающие токи высокой частоты и ограничивающие ток низкой частоты от сварочного аппарата.
В таких устройствах еще предусмотрена защита от поражения электрическим током. Потребляемая мощность осцилляторов составляет 250-300 Вт, что незначительно увеличивает общую потребляемую мощность сварочного инвертора. Осцилляторы можно приобрести в виде отдельного блока или изготовить самостоятельно.
Возможные неполадки в работе и их причины
Причины возникновения неполадок в работе инвертора могут возникнуть по причине:
- неисправности самого инвертора;
- неудовлетворительного состояния сварочных кабелей и цепи питания устройства.
Функциональные возможности сварочного инвертора.
Температурная деформация и напряжение на выходе устройства находятся в неразрывной связи. Из-за скачков напряжения изменяется температура горения дуги, металл либо не прогревается до необходимой температуры, либо сгорает, образуя шлак и поры. Способы устранения неполадок зависят от обнаруженной неисправности. Самой простой причиной может быть плохой контакт в соединениях сварочных кабелей с крокодилами и штекерами для подключения к инвертору. Он ведет к появлению деформаций при сварке. Обычно такой дефект проявляется в резких непериодических скачках сварочного тока, самопроизвольном затухании дуги, что может привести к некачественному соединению, деформации и напряжению при сварке деталей от неравномерного нагрева.
Способ устранения прост и может быть выполнен самостоятельно. Для устранения необходимо снять защитные изоляционные ручки, отсоединить кабель и осмотреть места соединения. При наличии окислов и следов нагрева нужно зачистить поверхности наждачной шкуркой и собрать, тщательно затянув соединительные болты. Кабели с подломленными или оборванными жилами и поврежденной изоляцией необходимо заменить на аналогичные. Длину кабеля лучше сохранить прежнюю. Многие модели инверторов рассчитаны на строго определенную нагрузку по индуктивному сопротивлению и при изменении длины кабеля могут изменить параметры работы.
Следующая причина может быть в неисправности самого устройства. Для определения работоспособности аппарата необходимо замерить прибором напряжение на выходных клеммах инвертора и напряжение в питающей сети. При нормальном сетевом напряжении низкое напряжение на выходе инвертора будет свидетельствовать о неисправности устройства. Ремонт инвертора лучше доверить специалистам из сервисного центра.
Если напряжение на выходе инвертора находится в допустимых пределах при нормальном напряжении питающей сети, следует тщательно проверить цепь подачи питающего напряжения на устройство от вводной точки электроснабжения или прибора учета. Минимальная потребляемая мощность устройств в режиме сварки находится в пределах 4-5 кВт. Необходимое сечение подводящих проводов из меди при такой мощности должно быть не менее 2,5 мм 2 с длительно допустимым рабочим током 25 А по всей цепи питания. Кабель с меньшим сечением будет быстро нагреваться, на нем будут возрастать потери напряжения.
Обязательно необходимо проверить качество всех соединений по цепи питания. Слабая скрутка или другой вид некачественного соединения тоже могут создавать проблемы при сварочных работах и привести к возгоранию. Разъемные соединения из пары вилка-розетка должны быть нового типа с увеличенным диаметром электропроводящих штифтов на вилках. Вилки старого типа не выдерживают нагрузки при длительных режимах работы. Розетки тоже должны быть соответствующего типа. Длина подводящих питание линий не может быть больше 50 м, если иное не указано в технической документации на устройство.
В сельской местности часто наблюдается нештатная работа инверторов из-за перегруженных общих линий электропроводки и заниженного напряжения сети.
Если при попытке зажечь дугу питающее напряжение падает до недопустимо низкого значения в точке ввода, это свидетельствует о недостаточной пропускной способности общей линии и ее перегрузке.
Иногда в такой ситуации могут помочь стабилизаторы напряжения. Эффективность работы стабилизаторов также зависит от нескольких причин и не всегда оправдывается. Общая потребляемая мощность комплекта из сети электроснабжения составит мощность сварочного устройства плюс потери в устройстве стабилизации. Увеличатся расходы по оплате электроэнергии, возрастет перегрузка общих линий, что еще более снизит напряжение на вводе.
Перед решением использовать такое устройство в комплекте со сварочным оборудованием желательно обратиться в электросети с письменным заявлением о некачественном электроснабжении.
Основные характеристики сварочного инвертора
Максимальный диаметр электрода
По своей сути – та же характеристика диапазона рабочего тока. Иногда по неграмотности или злонамеренно указывается диаметр электрода, которым заявленным максимальным током варить не получится. Иногда наоборот: указан максимальный диаметр электрода, явно не дотягивающий до значения заявленного сварочного тока.
Последний вариант изредка является проблеском совести поставщиков-обманщиков. В качестве максимального тока они указывают ток короткого замыкания. А максимальный рабочий диаметр электрода указывают все-таки честно.
Тип сварочного тока: постоянный (DC) или переменный (AC)
Варить постоянным (иначе прямым, по-английски – DC) током проще: легче удерживать дугу. Поэтому 99,9% современных инверторных аппаратов ММА выдают постоянный сварочный ток.
А вот среди трансформаторов раньше большинство составляли как раз аппараты переменного тока.
Переменный ток (по-английски – AC) используется для сварки цветных металлов. Но не аппаратами ММА, а аппаратами TIG. Поэтому сварочный инвертор ММА, выдающий переменный ток, — большая редкость.
Напряжение без нагрузки
После включения аппарата, до момента поджига дуги напряжение на кончике электрода существенно выше, чем во время работы. И чем оно выше, тем легче поджечь дугу. Но стандарты запрещают уровень напряжения холостого хода на аппаратах, выдающих прямой ток, свыше 100В.
Для еще большего сокращения рисков используют т.н. блоки VRD. Аппарат, снабженный VRD, имеет на кончике электрода до начала поджига дуги всего несколько вольт. И лишь при прикосновении к металлу напряжение холостого хода восстанавливается до уровня, необходимого для поджига дуги.
На всех электродах всегда указывается полярность подключения, тип сварочного тока (постоянный или переменный) и минимально требуемый для поджига уровень напряжения холостого хода. Для абсолютного большинства широко распространенных электродов он не превышает 60В.
Напряжение холостого хода, также как и сварочный ток, зависит от уровня входного напряжения. Чем ниже напряжение в источнике питания, тем ниже напряжение холостого хода. Поэтому по мере снижения напряжения питания поджиг электрода становится все сложнее.
Рабочий цикл, он же ПВ (период включения), он же ПН (полезная нагрузка)
ПВ указывается двумя цифрами. Первая – сила тока. Вторая – процент времени. Например, «130А-50%» означает, что данный аппарат током 130А может варить половину времени. А столько же будет простаивать в ожидании охлаждения до рабочей температуры. Если измерения проводятся на максимальном токе аппарата, первую цифру опускают, оставляя только показатель в процентах. Например, если аппарат с номиналом 160А имеет напротив «ПВ» запись «30%», это означает, что током 160 ампер он может работать 30% времени, а 70% будет остывать.
Все верно. Остается только добавить, что отечественный ГОСТ Р МЭК 60974-1-2004 не устанавливает единой обязательной методики измерения показателя ПН для аппаратов ММА.
«Стандарт не распространяется на источники питания для ручной дуговой сварки с ограниченным режимом эксплуатации, которые проектируются преимущественно для эксплуатации непрофессионалами»
Европейская методика, изложенная в стандарте EN60974-1, предлагает измерение на нагрузочном стенде при температуре окружающей среды 40С только до первого отключения ввиду перегрева. Полученный результат относят к 10-минутному промежутку. Получается, сработала термозащита через 3 минуты, цикл аппарата на данном токе – 30%.
Методика концерна TELWIN. К настоящему времени ее используют большинство китайских производителей (тех, которые вообще проводят такие испытания своих машин). Сам итальянский концерн при замерах ПВ своих аппаратов по собственной методике после показателя скромно указывает «TELWIN». Абсолютное большинство китайских производителей этого не делает.
Наконец, существует российская, она же советская, методика. По своей сути она ближе к методике TELWIN: суммируются все промежутки за контрольный период, когда аппарат работал. Но отрезок берется не 10, а 5 минут. И – самое главное – аппарат сначала вводится в режим срабатывания защиты от перегрева, после чего начинаются измерения.
В итоге один и тот же аппарат по всем 3 методикам выдает совершенно различный процент! Естественно, самые скромные «циферки» получаются по европейской методике, а самые впечатляющие – до 2 раз и более – по методике Telwin.
Исполнение: класс защиты IP
Класс защиты IP указывает на исполнение электротехнических приборов в отношении твердых объектов (первая цифра) и жидкостей (вторая цифра).
Определить степень защиты аппарата можно визуально. Если у аппарата с IP21 все вентиляционные щели полностью открыты, то у IP22 они уже прикрыты сверху выступающими козырьками. А у аппарата с IP23 эти козырьки почти полностью закрывают щели.
Степень защиты IP24 и выше технически затруднена и не имеет смысла.
Исполнение: класс изоляции (по нагревостойкости)
Многие материалы при нагреве выше определенной температуры утрачивают свои рабочие свойства. Для стандартизации материалов по данному признаку введена классификация изоляции по нагревостойкости. Почти все сварочные инверторы на транзисторах IGBT имеют класс изоляции H, что соответствует предельной температуре нагрева 180С. Предыдущая «ступенька» — класс F – означает предел нагрева 155С. Выше класса F – только класс С, указывающий на возможную температуру нагрева свыше 180С.
Температура эксплуатации
Как и внутренний нагрев, внешний нагрев и особенно охлаждение накладывают на эксплуатацию определенные ограничения. Большинство инверторных сварочных аппаратов пригодны для работы в диапазоне от 0С до +40С. Если аппарат пригоден для эксплуатации на морозе, обязательно указывается его предельное значение: минус 20С или минус 40С.
Основные требования к сварочным инверторам
Для того чтобы разобраться в работе сварочного инвертора затронем немного тему возникновения сварочной дуги. Рассмотрим вольт – амперную характеристику электрической дуги, возникающей при сварке (далее ВАХ).
Ниже показана вольт – амперная характеристика дуги в общем виде:
Как мы можем наблюдать из графика при малых токах, до 80 А, характеристика имеет падающий характер. Этим свойством необходимо пользоваться, потому что, если посмотреть на график, чем выше напряжение, прикладываемое к искровому промежутку, тем легче будет возникать электрическая дуга. Это значит, что дуга загорится от меньшего значения тока, чем на прямолинейном участке ВАХ. Как раз с целью облегчения зажигания дуги в сварочных инверторах применяют осцилляторы и прочие устройства, повышающие напряжения сварочных аппаратов. Для сварочных аппаратов инверторного типа стандартное напряжение колеблется, как правило, в промежутке от 70 В до 95 В и зависят от вольтдобавочной конструкции.
Приблизительный график ВАХ инвертора должен выглядеть примерно так:
Стабильный поджиг, а также поддерживание стабильного горение электрической дуги обеспечивает высокое напряжение холостого хода (ХХ). При обеспечении такой ВАХ легко поджигаются и хорошо горят электроды всех марок, также электроды для сварки цветных металлов, нержавейки и чугуна. Конечно выше показанная идеализированная ВАХ, но нужно стремится к получению именно такой характеристики. Мы рассмотрели участок только до 100 А, но главное на этом участке добиться значения ВАХ похожей на характеристику сварочной дуги, так как от этого зависит устойчивость дуги и качество сварочного шва. В итоге можно сформулировать первое требование к работе сварочного инвертора – это крутопадающая ВАХ. Если это условие не выполнено, то сварочный аппарат с достойными параметрами не получится.
Теперь рассмотрим участок от 80 А до 800 А. На этом участке дуга будет являться стабилизатором напряжения. Этот участок является наиболее подходящем для переноса расплавленного металла к свариваемому изделию. На данном участке напряжение дуги не зависит от тока, а зависит от ее длины.
Величину данного напряжения можно вычислить по формуле:
Где: UД – напряжение, В;
а – коэффициент, он постоянен и выражает сумму падений напряжений на катоде и аноде и не зависим от длины дуги, В;
b –напряжение среднее на единицу длины, В/мм;
L – длина дуги, мм;
Для стальных электродов коэффициенты а и b можно принять а=10 В, b=2 В/мм, соответственно напряжение для дуги длиной L=4 мм будет равно:
При атмосферном давлении и при сварке металлическим электродом будет гореть устойчиво при напряжении 18 – 28 В. Это и будет вторым требованием к нормальной работе сварочного инвертора. Итак, во всем рабочем диапазоне от 80 А до максимального значения тока, рабочее напряжение не должно уменьшатся менее 18 В, а чтоб поддержать гарантированно стабильную работу не ниже чем 22 – 24 В.
Рассмотрим третий участок кривой работы сварочного инвертора. Этот отрезок очень важен для обеспечения бесперебойной работы инвертора, ограничения тока КЗ, безопасной работы силовых ключей и так далее. В разных конструкциях преобразовательных устройств он может формироваться по разному. В инверторах с ШИМ модуляцией, ограничения тока силовой цепи реализовывают через обратную связь (ОС). В качестве датчика ОС применяют трансформатор тока. При достижении максимального тока импульс с трансформатора тока поступает на вход блока ограничения тока (БОТ), который выдает команду на прерывание импульсов силовых ключей.
На осциллограмме это будет выглядеть как уменьшение скважности импульсов (длительность импульса в открытом состоянии уменьшится), что приведет к уменьшению напряжения, но ток будет расти. Крутизна такого участка будет зависеть от быстроты реакции контроллера на изменения в нагрузке. Для резонансных инверторов этот участок ВАХ имеет более пологий наклон. Это зависит от добротности L – C цепочки – чем она выше, тем более крутой угол наклона кривой. Поэтому при правильной настройке сварочного аппарата можно обойтись без токовой ОС. Как видим резонансные преобразователи не боятся режима КЗ. И это будет третье требование к сварочным инверторам.
Также нужно обратить внимание на такие виды защит как:
- Безопасность сварщика. Он не должен попасть под опасное для жизни напряжение;
- Защита от длительного КЗ и перегрева силовых частей инвертора;
- Защиту от попадания влаги и пыли в устройство;
- Система стабилизации горения дуги и поджига;
