Сварочный преобразователь назначение устройство принцип действия

Сварочный инвертор – это устоявшееся обиходное название сварочных аппаратов, использующих в качестве источника тока инверторный преобразователь. Такие устройства применяют для различных технологий электродуговой сварки: MMA (ручная покрытыми электродами), TIG (аргонодуговая) и MIG/MAG (в инертной или активной газовой среде). Как правило, все сварочные инверторы MIG/MAG и TIG также могут выполнять сварку MMA. Кроме того, ведущие производители выпускают комбинированные установки, в которых объединены все три типа.

Все эти технологии были разработаны для разных видов сварочных работ и соединения разнообразных металлов и их сплавов. Прежде чем приступить к выбору сварочного аппарата, нужно ответить на два вопроса: какие виды сварки предполагается выполнять и в каких условиях он будет работать. Сейчас на рынке предлагается огромное количество моделей как бытового, так и производственного сварочного оборудования с самым широким диапазоном технических характеристик. Понять, какая из них лучше и какой фирме-производителю отдать предпочтение, очень непросто. Единственный выход в такой ситуации — самостоятельно разобраться с основами сварочных технологий и принципами работы современного оборудования.

Что такое сварочный преобразователь?

Многие новички знают лишь об инверторном или полуавтоматическом сварочном оборудовании, не подозревая о существовании других типов аппаратов. А ведь на рынке все еще можно найти и классический трансформатор, и выпрямитель, и сварочный генератор и сварочный агрегат. Помимо них также есть сварочный преобразователь, который нечасто используется в современной сварке. Тем не менее, не лишним будет знать о существовании такого оборудования.

В этой статье мы подробно расскажем, что такое сварочный преобразователь, какого его назначение и устройство. Также мы ответим на частый вопрос, чем отличаются сварочные преобразователи и агрегаты, они же генераторы.

Основные типы сварочных преобразователей применяемых в промышленности

Многопостовые преобразователи. Они предназначены для одновременного питания нескольких сварочных постов. В промышленности используются многопостовые преобразователи ПСМ-1000, ПСМ-500. Преобразователь ПСМ-1000 имеет однокорпусное исполнение стационарного типа и состоит из трехфазного, асинхронного двигателя АВ-91-4 с короткозамкнутым ротором и шестиполюсного генератора СГ-1000 со смешанным возбуждением. Кроме шунтовой обмотки . на главных полюсах размещена последовательная обмотка для поддержания постоянного напряжения при увеличении нагрузки. Генератор имеет жесткую характеристику, напряжение регулируется реостатом, включенным в цепь параллельной обмотки возбуждения. Падающая внешняя характеристика, необходимая для ручной дуговой сварки, создается самостоятельно на каждом сварочном посту балластным реостатом типа РБ (этот реостат позволяет ступенчато изменять величину сварочного тока). Схема включения преобразователя ПСМ-1000 и балластных реостатов показана на рис. 105. Основным недостатком многопостовых преобразователей является низкий кпд сварочных постов. К преимуществам многопостовых преобразователей относятся: простота обслуживания, низкая стоимость оборудования, небольшая площадь для размещения оборудования и высокая надежность в эксплуатации.
Преобразователи для сварки в защитных газах.

Для автоматической и механизированной сварки в защитных газах необходимы сварочные преобразователи, обеспечивающие жесткие или возрастающие внешние характеристики. Для этой цели промышленность выпускает преобразователи ПСГ-350, ПСГ-500, а также универсальные преобразователи ПСУ-300 и ПСУ-500. Универсальные преобразователи типа ПСУ предназначены для ручной дуговой сварки, наплавка и резки металлов постоянным током, поскольку обеспечивают получение крутопадающих внешних характеристик. На рис. 106 показаны внешние характеристики преобразователей ПСУ-300.

Преобразователь ПСГ-500 имеет однокорпусное исполнение. Генератор преобразователя имеет на основных полюсах две обмотки возбуждения: одну независимую и другую последовательную, подмагничивающую. Электрическая схема преобразователя ПСГ-500 показана на рис. 107. Обмотка независимого возбуждения питается от сети переменного тока через феррорезонансный стабилизатор напряжения и блок селеновых выпрямителей ВС, обеспечивающих постоянное, не зависящее от колебаний напряжение сети, напряжение возбуждения. Напряжение на зажимах генератора плавно регулируется в пределах 15-40 В реостатом Р, включенным последовательно в цепь обмотки возбуждения. Якорь генератора имеет малую индуктивность, благодаря чему при коротком замыкании электрода с изделием быстро возрастает сварочный ток, пределы регулирования величины тока 60-500 А. Основные технические данные преобразователей типа ПСГ приведены в табл. 31.

Универсальные сварочные преобразователи.

Для ручной дуговой сварки и сварки на автоматах, снабженных авторегуляторами напряжения, автоматически воздействующими на скорость подачи электродной проволоки, требуются источники питания с падающими внешними характеристиками. Для питания автоматов и полуавтоматов с постоянной скоростью подачи электродной проволоки, в том числе для сварки в углекислом газе и порошковой проволокой СП-2, необходимы генераторы с жесткими внешними характеристиками. Поскольку на заводах и монтажных площадках механизированные методы сварки используются в сочетании с ручной дуговой сваркой, требуются универсальные источники, обеспечивающие как падающие, так и жесткие внешние характеристики. Для этой цели разработана конструкция универсального сварочного преобразователя ПСУ-300, генератор которого имеет одну обмотку возбуждения. Внешние характеристики в этом генераторе создаются с помощью триода ПТ, включенного в цепь обмотки возбуждения ОВ, и обратной связи по току нагрузки (рис. 108). Он является четырех полюсным генератором постоянного тока нормального исполнения, его обмотка возбуждения ОВ размещена на четырех главных полюсах и питается от устройства управления, размещенного на корпусе преобразователя.

Сварочная цепь и цепь обмотки возбуждения связаны между собой стабилизирующим трансформатором Тр, предназначенным для обеспечения динамических свойств генератора. Величину сварочного тока регулируют реостатом – регулятором ДП, установленным на передней стенке управления. По мере роста сварочного тока сопротивление триода возрастает, ток возбуждения уменьшается, уменьшается и эдс генератора, т. е. характеристика получается падающей. При переключении цепей управления внешняя характеристика становится жесткой. Основные технические данные универсальных преобразователей даны в табл. 32.

Общая информация

Сварочный преобразователь — это тип сварочного оборудования, который состоит из двух компонентов: электродвигателя и сварочного генератора. Типичный представитель – преобразователь сварочный ПСО 500.

Устройство сварочного преобразователя очень простое. Как мы уже упомянули выше, основные компоненты – это генератор и электродвигатель. Электродвигатель работает на переменном токе, а генератор – на постоянном. Принцип работы заключается в преобразовании переменного тока от двигателя в постоянный ток путем механического вращения вала генератора. Вал вращается на вручную, а благодаря процессу преобразования электрической энергии.

Из-за необходимости механического вращения такое сварочное оборудование менее надежно по сравнению с выпрямителями, например. Также по сравнению с выпрямителями КПД не настолько велик. Зато сварочный преобразователь практически не чувствителен к нестабильному напряжению или к его просадкам. А в некоторых условиях (например, на стройплощадке) это один из важнейших факторов при выборе сварочного оборудования.

Как и в случае с трансформатором или выпрямителем, сварочный преобразователь не имеет отдельной простой кнопки или регулятора для изменения силы сварочного тока. Ток регулируется реостатом в цепи независимой обмотки.

Отличие от сварочного агрегата/генератора

Многие сварщики путают сварочные генераторы и преобразователи. Эти типы сварочного оборудования очень похожи между собой, у них схожее строение и принцип действия. Но отличия все же есть. Из них самое главное отличие – это тип двигателя, использующегося для генерирования тока.

У преобразователя это электродвигатель, соответственно такую установку необходимо подключать к внешнему источнику электроэнергии. А у генератора это топливный двигатель (бензиновый или дизельный), поэтому такой аппарат можно использовать для сварки в полевых условиях где электричества нет.

Что собой представляет преобразователь?

Преобразователь для проведения сварочных работ — это комбинация нескольких устройств. Здесь используется связка электрического двигателя переменного тока и специальный сварочный аппарат с постоянным током. Процесс преобразования энергии выглядит следующим образом. Электрическая энергия, поступающая от сети переменного тока, воздействует на электродвигатель, заставляя вал вращаться, создавая механическую энергию за счет электрической. Это первая часть преобразования. Вторая часть работы сварочного преобразователя заключается в том, что во время вращения вала генератора, вырабатываемая механическая энергия будет создавать постоянный электрический ток.

Однако сразу стоит отметить, что использование таких устройств не слишком популярно, так как коэффициент полезного действия их невелик. К тому же, в двигателе имеются вращающиеся части, что делает его использование не очень удобным.

Разновидности

Существует множество разновидностей сварочных преобразователей. Мы разделили их на несколько групп.

Количеств сварочных постов

Сварочный преобразователь может быть как однопостовым, так и многопостовым. Однопостовой предназначен для питания только одной сварочной дуги. Это значит, что сварку сможет выполнять только один сварщик. Соответственно, от многопостовой установки сварку могут выполнять сразу несколько мастеров, что очень удобно на производстве.

У многопостового преобразователя много плюсов. К нему можно подсоединить сразу несколько сварочных кабелей и варить большим коллективом, при этом избежать больших расходов на ремонт и обслуживание, поскольку установка всего одна. Но КПД у многопостового преобразователя существенно меньше чем у однопостового. Так что выбор количества постов зависит от многих факторов.

Иногда бывает ситуация, когда однопостовой преобразователь – это лучший выбор по всем показателям, но его мощности может быть недостаточно. В таком случае можно параллельно подключить два преобразователя, предварительно настроить на них одинаковое напряжение холостого хода.

Способ установки и характеристики

Сварочный преобразователь может быть как стационарным, так и передвижным. Для стационарного применения необходимо предварительно залить фундамент, поскольку вес у преобразователя не маленький. Для более мобильного применения установку можно смонтировать на специальную раму с колесами.

Вольтамперные характеристики могут быть падающими, пологопадающими, жесткими, комбинированными.

Функциональность

Многие преобразователи универсальны и предназначены для разных типов сварки: от ручной дуговой до автоматической сварки под флюсом. Также преобразователю под силу сварка в среде защитного газа и автоматическая сварка. Все это возможно в том случае, если установка обладает комбинированными вольтамперными характеристиками и может обеспечить как жесткую, так и падающую характеристику.

Какой инвертор выбрать для домашнего пользования

Чтобы выбрать подходящий сварочный инвертор, необходимо прежде всего определиться в том, что им предполагается делать и в каких условиях он будет эксплуатироваться. На основании этих данных уже можно выбирать мощность, режимы работы и прочие технические характеристики будущего аппарата. Домашнему мастеру для бытовых нужд вряд ли потребуются такие разновидности сварки, как MIG/MAG и TIG, поэтому дальше речь будет идти только о ручной электродуговой сварке MMA.
Для того чтобы качественно сваривать уголки, швеллеры, полосы и трубы толщиной до 5 мм, теоретически достаточно сварочного инвертора со следующими характеристиками:

• напряжение сети — 220 В;
• максимальный сварочный ток — 120÷150 А;
• ПВ — 40÷50%;
• толщина электрода — до 4÷5 мм.

Но на практике эксплуатация инвертора, скорее всего, будет происходить в условиях, отличных от нормативных. Поэтому почти наверняка придется скорректировать выбранные характеристики. В первую очередь следует проанализировать качество и стабильность напряжения питания. Обычно сварочные инверторы предназначены для работы в условиях колебаний входного напряжения ±10÷15%, поэтому при подключении к электросети с такими параметрами они будут работать без каких-либо проблем. Если же отклонение достигает 30% (что нередко случается на дачах, в гаражах и сельской местности), то следует выбирать модель инвертора с возможностью работы при пониженном напряжении.

При этом необходимо помнить, что мощность инвертора и ток сварки будут падать пропорционально снижению напряжения. Надо также учесть, что применение сварочных проводов длиной более пяти метров (что наверняка потребуется при сварке на открытом воздухе) также снижает его мощность. Поэтому необходимо выбирать аппарат с запасом по току. В нашем случае оптимальным будет устройство с максимальным током 160÷180 А.

Домашний инвертор должен быть легким, чтобы было удобно его переносить, и компактным, чтобы помещался в багажник автомобиля. Желательно подобрать инвертор с ударопрочным и влагозащищенным корпусом, а также с прозрачной защитной крышкой панели управления. Наличие цифрового индикатора желательно, но необязательно, т. к. на недорогих моделях они нередко работают с большими погрешностями.

Практически все современные инверторы (даже в ценовой категории до 10 тыс. руб.) стандартно оснащены функциями Arc Force, Anti stick и Hot start. Но при выборе конкретной модели все же следует удостовериться в наличии этих режимов.

Рисунок 8 — Процесс сварки

Технические требования для выбора лучшего домашнего сварочного инвертора в нашем варианте будут выглядеть примерно так:

При выборе конкретной модели следует ориентироваться на известные торговые марки, которые присутствуют на рынке не менее десяти лет. Также необходимо обратить внимание на близость сервисного центра и гарантийный срок, который у производителей инверторов лежит в интервале от одного до пяти лет.

Особенности и техника безопасности

Сварочный преобразователь– это сложный в применении аппарат. Он требует соблюдения правил и учета всех его особенностей. Мы дадим несколько рекомендаций касаемо эффективного и безопасного применения преобразователя.

Перед тем, как включить преобразователь, убедитесь, что корпус заземлен. Также проверьте, в каком состоянии щетки коллектора. До упора поверните штурвал реостата против часовой стрелки. Не забудьте на доске зажимов установить перемычку с учетом силы сварочного тока.

Зачастую преобразователи требуют 380 Вольт для питания, а это напряжение может быть опасно для вашего здоровья. Даже стандартные 220 Вольт способны привести к печальным последствиям. Поэтому ничем не закрывайте клеммы двигателя.

Напряжение на клеммах генератора не должно превышать 12 Вольт, если вы работаете в условиях с повышенной влажностью или температурой, в пыльном помещении или на токопроводящем полу. Но на практике ситуация обстоит сложнее, поскольку при работе преобразователя напряжение может свободно повышаться вплоть до 80 Вольт. Будьте осторожны. Пользуйтесь резиновым ковриком специальной обувью и перчатками.

Что такое сварочный преобразователь: его строение и назначение

Разновидностью источника рабочего тока считается сварочный преобразователь, объединяющий в одном корпусе электродвигатель, генератор и выпрямитель. Такая установка используется при проведении строительно-монтажных работ, когда электросеть провисает и другие сварочные аппараты работают нестабильно. Сварка преобразователем проводится током в пределах 500 ампер, можно варить толстые заготовки, формировать сварочный шов от 10 до 30 мм глубиной. Преобразователь меняет напряжение, тип токовых характеристик.

Принцип работы

Строение у всех видов сварочных преобразователей типовое:

• подводимый к асинхронному электродвигателю ток после включения установки преобразуется в механическую, которая подается на вал генератора;
• генератор выдает необходимую частотность токовых параметров, в работе использован метод электромагнитной индукции, на вал насажен якорь с обмотками;
• коллектор выполняет функцию выпрямителя, подает питание на выходные клеммы.

Сварочный преобразователь по сути – это комбинация электродвигателя, работающего от сети 220 или 380 В и генератора постоянного тока. Надежность преобразователя снижают вращающиеся узлы, велики энергопотери в процессе преобразования электротока.

Оборудование ценится за стабильность токовых характеристик вне зависимости от скачков подаваемого на двигатель напряжения. Регулятором рабочих характеристик является реостат, меняя число витков независимой обмотки изменяют ампераж. Выходной ток регулируется вручную по амперметру.

Принцип действия устройства

Можно отметить, что сварочный преобразователь — это специфическая разновидность обыкновенного сварочного аппарата. Если коротко сказать о конструкции этого оборудования, то оно примерно следующее. Имеется две основных части — это электродвигатель, который чаще всего является асинхронным, а также генератор постоянного тока. Особенностью является то, что оба эти устройства объединены в один корпус. Также важно обратить внимание на то, что в схеме имеется коллектор. Так как работа генератора основана на электромагнитной индукции, то он будет производить переменный ток, который и будет преобразовываться в постоянный при помощи коллектора.

Если говорить о принципе работы сварочного преобразователя, то не стоит путать его с такими приборами, как выпрямитель или инвертор. Конечный результат у всех трех устройств одинаковый, но вот суть их работы сильно отличается. Наибольшее отличие заключается в том, что в преобразователе осуществляется более длинная цепочка преобразования. Так как переменный ток сначала преобразуется в механическую энергию и лишь потом в постоянный ток.

Чем отличается сварочный преобразователь от генератора

Генерирующие установки схожи по принципу формирования рабочего тока для сварки. Генератор работает от жидкого топлива, двигатель устанавливают бензиновый или дизельный. Топливный принцип работы необходим для полевых условий, когда приходится варить вдали от электромагистралей. Тепловая энергия трансформируется в электрическую без перехода в механическую.

Сварочный преобразователь оснащается только электромотором, подключаемым к однофазной или трехфазной сети. Установка сложнее генераторной, мотор и генератор тока связаны опосредовано – валом, передающим механическую энергию, получаемую из электрической.

Устройство

Детально рассмотреть устройство оборудования можно на примере стационарного сварочного преобразователя ПСО 500, выдающего два рабочих режима с максимальными токовыми характеристиками 300 или 500 ампер. Между ротором электромотора и якорем генератора, расположенными на одном валу, размещен вентилятор с крыльчаткой, обеспечивающей направленное охлаждение контактной зоны, где большая сила трения. Подшипники размещены в корпусе преобразователя, он обязательно заземляется.

Катушечный якорь генератора с 4-мя независимыми обмотками соединен с коллектором, пластины выпрямителя подключены к концам якорных обмоток. При вращении катушек между полюсами магнитов, возникает электромагнитная индукция, наводится переменный ток. Для обмотки используют отожженную медную или алюминиевую проволоку – металлы с хорошей электропроводностью. Для защиты от внешних электромагнитных полей и вихревых, возникающих при работе преобразователя, предусмотрен «фильтр» – электроемкость (два конденсатора, стабилизирующие напряжение).

Блок управления у преобразователя модульный. Для запуска сварочного преобразователя вмонтирован пакетник. Рядом размещен амперметр, по которому определяют токовые параметры. Прибор подключен к реостату, регулирующему рабочие токовые показатели (измеряет ампераж в цепи независимой обмотки возбуждения).

После включения преобразователя важно проверять направление вращения обмоток генератора. При необходимости запитывающие клеммы меняют местами, чтобы ротор вращался против часовой стрелки. Для требуемой величины рабочего тока перемычка фиксируется в положении «300 А» или «500 А» (это максимальное значение генерируемого электротока).

Внутреннее устройство агрегата

Если вдаваться в подробности устройства и конструкции, а также принципов работы сварочного преобразователя, то все это выглядит следующим образом.

Так как во время работы устройства оно нагревается, на валу между генератором и электродвигателем, крепится вентилятор, чтобы охлаждать преобразователь. Электромагнитные части генератора, то есть его полюса и якорь выполняются из тонких листов стали электротехнической марки. На магнитах полюсов располагаются такие элементы, как катушки с обмотками. Якорь же, в свою очередь, имеет продольные пазы, в которые укладывается изолированная обмотка. Концы данной обмотки припаиваются к пластинам коллектора. Также у данного устройства имеется пускорегулирующая аппаратура и амперметр. Оба прибора располагаются в коробке.

Классификация

Производители выпускают преобразователи разных модификаций. При выборе генерирующих установок учитывают вид сварки, предполагаемое место работы. Классификация источников тока для сварных работ проводится по нескольким признакам:

• Количество сварочных постов. Однопостовые рассчитаны на подключение к одному аппарату, для работы одного сварщика. От многопостовых могут запитаться несколько сварщиков, выполнять работы одновременно на нескольких рабочих участках.
• Конструктивно различаются по габаритам, виду исполнения. Бывают:

передвижные сварочные установки, оснащаются колесиками или подставными тележками;

стационарными, крепятся к фундаменту или устанавливаются непосредственно у рабочего места сварщика.

• По количеству корпусов сварочные установки бывают одинарные или сдвоенные.
• По разновидности токовых показателей:

Техника безопасности

Для работы с генерирующим электрооборудованием разработаны правила. Перед включением важно соблюдать несколько пунктов:

1. Проверять систему заземления корпуса, это особенно актуально для мобильных установок, после транспортировки нужно убедиться, что заземление надежное.
2. Щетки коллектора должны быть в порядке. Для проверки штурвал реостата сдвигают в крайнее положение, до упора (направление штурвала совпадает с движением обмоток – только против часовой стрелки).
3. Следующий этап – установка токовых параметров, контролируют положение перемычки.
4. Подключение к сети осуществляет электрик с допуском. Он зажимает клеммы на электродвигателе в соответствии правилами безопасности ПЭУ.

Эксплуатационные требования ограничивают токовые характеристики:

• допустимая рабочая нагрузка 40 В;
• напряжение холостого хода не выше 85 В;
• при работе в помещениях с повышенной загазованностью, влажностью, запыленностью допустимое напряжение снижают до 12 В.

Необходимы специальные защитные средства: диэлектрические резиновые коврики, перчатки. Сварщикам необходима спецодежда, защищающая глаза, лицо, кожу рук, ног от воздействия сварочной электрической дуги, расплавленного металла.

Источник

Характеристики и критерии выбора инвертора

При выборе сварочного аппарата с инвертором в первую очередь необходимо определиться с предполагаемой предельной толщиной и видами свариваемого материала. От этих параметров напрямую зависит мощность и сварочный ток будущего приобретения, а также его цена. В таблице ниже указаны ориентировочные значения минимальных и максимальных токов для различных толщин деталей из конструкционной стали. Для других видов стали и цветных металлов эти значения будут иными, поэтому, если предполагается сваривать нержавейку или сплавы алюминия, необходимо уточнить токовые параметры для этих материалов.

Основные характеристики сварочного инвертора, которые указывают в своих каталогах все производители данного оборудования:

• параметры входного напряжения;
• мощность;
• продолжительность включения (ПВ);
• предельные значения тока сварки (мин./макс.);
• напряжение холостого хода;
• рекомендуемый диаметр электрода;
• рабочий диапазон температур;
• класс защиты;
• вес и размер.

При приобретении сварочного инвертора надо учитывать, что он, как и любое производственное оборудование, не вечен. Даже при условии качественного изготовления и надежных комплектующих срок службы такого аппарата до полного списания составляет 7–10 лет, а время наработки на отказ — несколько тысяч часов.

Входное напряжение

Сварочные инверторы запитываются однофазным или трехфазным напряжением 220 и 380 В. Как правило, в качестве источника выступает электрическая сеть, но также существуют мобильные устройства с питанием от бензогенератора. При выборе аппарата для использования в бытовых условиях или в небольших мастерских один из ключевых критериев — это максимальный потребляемый ток, который должен соответствовать возможностям электросети квартиры, дачи, гаража или производственного помещения.
Но приобретение сварочного инвертора, потребляемый ток которого соответствует нормативам электросети, вовсе не гарантирует того, что при его работе не возникнет проблем с питающим напряжением. Мощности источников таких объектов, как гаражные и дачные кооперативы, ограничены возможностями их подстанций, поэтому при коллективном включении высокой нагрузки напряжение может «проседать» до 150÷180 В. В этом случае необходимо выбирать аппарат с возможностью работы на пониженном напряжении.

Сварочный ток

Производители указывают величину максимального и номинального сварочного тока исходя из предельно допустимой температуры нагрева электронных компонентов инвертора. Но реальный температурный режим отличается от нормативного, т. к. во многом зависит от условий эксплуатации: температуры воздуха, влажности, запыленности. Поэтому лучше выбирать рабочий ток с запасом: как минимум на 15÷20% выше потребного.
Для исключения перегрева сварку тонкого листового проката, а также ряда металлов и сплавов требуется выполнять на небольших токах. Поэтому, если предполагаются работы с такими материалами, необходимо обратить внимание на величину минимального сварочного тока. Еще один важный показатель технологических качеств инвертора — это кратность регулирования тока сварки (соотношение значений max/min). Для режима MMA этот параметр обычно лежит в интервале 3÷5. Чем выше его значение, тем шире возможности при выполнении сварки.

Напряжение холостого хода

При повышении напряжения холостого хода значительно облегчается процесс поджига дуги, а сама она становится эластичнее и стабильнее. Однако при этом растут габариты оборудования и понижается коэффициент мощности. Еще одно негативное последствие такого варианта — возрастание риска поражения электрическим током.

С уменьшением сварочного тока дуга становится нестабильной, поэтому в современных инверторах предусмотрено автоматическое повышение напряжения холостого хода на малых токах и понижение его при приближении к максимальным значениям. Оптимальным для сварки MMA является значение 60÷85 В (в зависимости от величины максимального тока).

Режим работы на максимальном токе

В паспортах всех инверторов в качестве одной из основных характеристик всегда указывается режим эксплуатации, который выражен в виде нормативного отношения времени выполнения сварки к общей длительности технологической операции. При этом производители используют разные названия этого параметра: продолжительность нагружения (ПН) и продолжительность включения (ПВ). Отличие ПВ от ПН в том, что в первом случае подразумевается полное отключение инвертора от сети во время паузы между операциями сварки, а во втором — что инвертор продолжает выдавать напряжение холостого хода.

Чаще всего все-таки приводится ПВ, которое равно отношению времени работы на номинальном токе к общей продолжительности сварочного цикла. По международным стандартам, циклом считается интервал в 10 минут, т. е. если ПВ=40%, то через каждые 4 минуты сварки инвертор должен 6 минут находиться на холостом ходу. Некоторые производители в паспортах оборудования указывают ПВ для нескольких значений нагрузки. Вот один из таких примеров для инвертора с максимальным током 160 А: 40% — 160 А, 60% — 135 А, 100% — 105 А. На первый взгляд может показаться, что 40% — это очень маленькое значение. Но на самом деле технологический процесс, кроме самой сварки, включает в себя ряд подготовительно-заключительных и вспомогательных операций, которые как раз и занимают большую часть времени сварочного цикла.

Полезные дополнительные функции

Большинство современных сварочных инверторов оснащено дополнительными рабочими функциями, многие из которых уже стали стандартными для этого вида оборудования. Среди них самые распространенные:

1. Ограничение напряжения холостого хода. Этот режим направлен на повышение безопасности труда и обязателен при работе в условиях повышенной влажности, атмосферных осадков и внутри металлических емкостей. До начала сварки напряжение холостого хода составляет не более 12 В, а при касании электродом металла мгновенно возрастает до номинального значения. По окончании сварки напряжение снова снижается до 12 В.
2. Горячий пуск (Hot start). Для облегчения зажигания дуги при начале сварки инвертор на короткий период (0.5÷3 с) выдает импульс тока, превышающий установленное на аппарате значение в полтора-два раза. Эта функция также способствует улучшению качества начальной части сварочного шва.
3. Защита от прилипания (Anti stick). При возникновении короткого замыкания через 0,5÷1 секунду на непродолжительный период снижается, а затем снова восстанавливается ток дуги.
4. Форсаж дуги (Arc Force). С помощью данной функции происходит восстановление режима капельного переноса металла электрода в сварочную ванну. Сплошной поток металла разрушается последовательностью коротких импульсов повышенной мощности.

Вершиной функционального развития инверторных технологий является система синергического управления, которая способна самостоятельно выбирать нужную программу по заданным параметрам и адаптивно управлять сварочным процессом в течение всего производственного цикла.

Принцип работы и устройство сварочного инвертора

Чтобы правильно выбрать оборудование для выполнения сварочных работ, необходимо знать устройство конструкции и принцип работы сварочного инвертора. Если хорошо разбираться в таких вопросах, можно не только эффективно использовать, но и самостоятельно ремонтировать инверторные устройства.

Инверторные сварочные аппараты производства Италии

На современном рынке предлагается множество моделей инверторов, что позволяет мастерам подобрать оборудование в соответствии со своими потребностями и финансовыми возможностями. При желании сэкономить можно изготовить инверторный сварочный аппарат своими руками.

Как работает инверторный сварочный аппарат

Принцип действия инверторного аппарата во многом схож с работой импульсного блока питания. И в инверторе, и в импульсном блоке питания энергия трансформируется похожим образом.

Процесс преобразования электрической энергии в сварочном аппарате инверторного типа можно описать так.

• Переменный ток с напряжением 220 Вольт, протекающий в обычной электрической сети, преобразуется в постоянный.
• Полученный постоянный ток при помощи специального блока электрической схемы инвертора опять преобразуется в переменный, но обладающий очень высокой частотой.
• Понижается напряжение высокочастотного переменного тока, что значительно увеличивает его силу.
• Сформированный электрический ток, обладающий высокой частотой, значительной силой и низким напряжением, преобразуется в постоянный, на котором и выполняется сварка.

Принцип работы сварочного инвертора

Основным типом сварочных аппаратов, которые использовались ранее, были трансформаторные устройства, повышавшие сварочный ток за счет уменьшения значения напряжения. Самыми серьезными недостатками такого оборудования, которое активно используется и сегодня, являются низкий КПД (так как в них большое количество потребляемой электрической энергии тратится на нагрев железа), большие габариты и вес.

Изобретение инверторов, в которых сила сварочного тока регулируется совершенно по иному принципу, позволило значительно уменьшить размеры сварочных аппаратов, а также снизить их вес. Эффективно регулировать сварочный ток в таких аппаратах становится возможным благодаря его высокой частоте. Чем выше частота тока, который формирует инвертор, тем меньшими могут быть габариты оборудования.

Одна из основных задач, которую решает любой инвертор, – это увеличение частоты стандартного электрического тока. Возможно это благодаря использованию транзисторов, которые переключаются с частотой 60–80 Гц. Однако, как известно, на транзисторы можно подавать только постоянный ток, в то время как в обычной электрической сети он переменный и имеет частоту 50 Гц. Чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, в инверторных аппаратах устанавливают выпрямитель, собранный на основе диодного моста.

После транзисторного блока, в котором формируется переменный ток с высокой частотой, в сварочных инверторах расположен трансформатор, который понижает напряжение и, соответственно, увеличивает силу тока. Для регулировки напряжения и тока, имеющих высокую частоту, требуются менее габаритные трансформаторы (при этом по своей мощности они не уступают более крупным аналогам).

Сварочный инвертор без защитного кожуха

Устройство и сфера применение сварочного преобразователя

Специфическая разновидность сварочного аппарата, применяемая в основном в промышленности, а также в некоторых видах строительно-монтажных работ – это и есть сварочный преобразователь.

Он называется так потому, что преобразовывает переменный ток от бытовой или промышленной сети в постоянный ток, оптимально подходящий для большинства видов сварки.

Принцип действия

Несмотря на суть конечного результата — постоянный ток — преобразователь действует по совершенно иному принципу, чем выпрямитель или инвертор.

Его конструкция предполагает удлиненную цепочку прохождения энергии. Сначала переменный ток переходит в механическую энергию, а она в свою очередь преобразуется обратно в электрическую, но уже постоянного характера.

Конструктивно преобразователь состоит из электродвигателя, как правило, асинхронного, и генератора постоянного тока, объединенных в одном корпусе. Поскольку генератор, использующий принцип электромагнитной индукции, также вырабатывает переменный ток, в схеме присутствует коллектор, преобразующий его в постоянный.

Пример оборудования

В качестве примера можно рассмотреть широко известный в профессиональных кругах сварочный преобразователь ПСО-500.

Он состоит из сигарообразного корпуса, на котором сверху закреплен блок с контрольной аппаратурой, управляющими элементами (пакетным выключателем и реостатным регулятором) и контактами для подключения электродов, а внутри на одном вращающемся валу смонтированы асинхронный двигатель и генератор, разделенные вентилятором охлаждения.

Прямая электрическая связь между генератором и двигателем отсутствует. Двигатель, запускаемый от питающей сети, начинает с высокой скоростью вращать вал, с которым связан его ротор.

На этот вал насажен и якорь генератора. В результате вращения якоря в его обмотках индуцируется переменный ток, который коллектором преобразуется в постоянный и подается на сварочные клеммы.

ПСО-500 относится к однопостовым сварочным преобразователям мобильного типа. Он смонтирован на трехколесной тележке. Величина сварного тока, выдаваемого ПСО-500, может достигать 300 или 500 А — в зависимости от перемычки, соединяющей одну из клемм с последовательной обмоткой генератора.

Выходной ток регулируется вручную, с помощью верньера, связанного с реостатом (устройством изменения сопротивления). Контроль тока производится по встроенному амперметру.

Числовой индекс в маркировке — 350, 500, 800, 1000 — означает максимальный постоянный ток, на работу с которым рассчитан данный преобразователь. Некоторые модели с помощью верньера могут быть настроены так, чтобы выдавать сварочный ток больше номинального, но работа в таком режиме чревато перегревом и быстрым выходом аппарата из строя.

Достоинства

Как и любое другое оборудование, сварочные преобразователи (которые исторически появились гораздо раньше инверторов) имеют определенные преимущества, и одновременно несут ряд определенных неудобств. К их достоинствам можно отнести:

• большой сварочный ток — у некоторых моделей, в частности, ПСО-500 и ПСГ-500, он доходит до 500 А, есть и более мощные устройства;
• неприхотливость в работе;
• нечувствительность к перепадам входного напряжения;
• сравнительно высокая надежность при квалифицированном обслуживании;
• хорошая ремонтопригодность, удобство сервисного обслуживания.

Током, который способны выдавать эти устройства, можно варить очень толстые швы, порядка 10-30 мм. Это еще одно важное преимущество, благодаря которому используют сварочные преобразователи.

Недостатки

Однако конструктивные особенности определяют и основные недостатки сварочных преобразователей, из-за которых их, по крайней мере, в бытовой сфере (сварочные работы в мелком бизнесе, на даче, в гараже) вытеснили инверторы. В первую очередь это:

• большие габариты и масса (она может доходить до полутонны и выше);
• низкий КПД;
• повышенная электрическая опасность;
• шумность работы;
• необходимость в сервисном обслуживании.

Принцип их действия — переход электрической энергии в механическую и обратно — подразумевает большие энергетические затраты на вращение вала. Этим обусловлен очень высокий расход электроэнергии, делающий устройство невыгодным для «домашнего» применения.

Кроме того, наличие вращающихся с высокой скоростью деталей уменьшает степень надежности машины. Узким местом варочного преобразователя, как и самого электродвигателя, являются шарикоподшипники, на которых закреплен вал.

Они нуждаются в периодической проверке и замене масла 1-2 раза в год. Также необходимо контролировать состояние коллектора и щеток токосъемников.

Под повышенной электрической опасностью имеется в виду тот факт, что перед началом сварочных работ преобразователь обязательно должен быть заземлен, подключение его к сети по правилам должно проводиться только электриком.

Классификация

Сварочные преобразователи классифицируются по различным параметрам. В том числе по количеству сварочных постов (одно- и многопостовые) и по типу привода (от электродвигателя либо, например, от двигателя внутреннего сгорания). По конструктивному исполнению они могут быть стационарными и передвижными, в одинарном или сдвоенном корпусе.

Преобразователи также отличаются по форме выходной характеристики. Для многих видов работ решающее значение имеет именно эта классификация. По форме выходной характеристики сварочные преобразователи разделяют на устройства, выдающие падающую либо жесткую характеристику (последние также способны выдавать пологопадающую).

Элементы электрической схемы инверторных устройств

Устройство сварочного инвертора составляют следующие базовые элементы:

• выпрямитель переменного тока, поступающего из обычной электрической сети;
• инверторный блок, собранный на основе высокочастотных транзисторов (такой блок и является генератором высокочастотных импульсов);
• трансформатор, который понижает высокочастотное напряжение и увеличивает высокочастотный ток;
• выпрямитель переменного высокочастотного тока;
• рабочий шунт;
• электронный блок, отвечающий за управление инвертором.

Какими бы характеристиками ни обладала определенная модель инверторного аппарата, принцип его действия, основанный на использовании высокочастотного импульсного преобразователя, остается неизменным.

Пример принципиальной схемы инвертора (нажмите для увеличения)