Как это работает. Сварочный инвертор
Наверняка многие помнят с детства завораживающий эффект от работы сварщика, на которую ни в коем случае нельзя смотреть. Сегодня соединение металлических деталей методом электрической сварки используется повсеместно, даже под водой и в космосе. Одним из самых популярных аппаратов для сварки с применением электрической дуги является сварочный инвертор.
Инверторные источники сварочного тока и другое оборудование для сварки под маркой «Форсаж» более 20 лет разрабатывает и серийно производит Государственный Рязанский приборный завод (ГРПЗ, входит в «Концерн Радиоэлектронные технологии» Госкорпорации Ростех).
О том, как с помощью электричества соединять металлы и как устроен сварочный инвертор, – в нашем материале.
Полезная и вредная электрическая дуга
В наше время существует большое количество способов и технологий сварки металлов, самым доступным из которых является дуговая сварка. Это тип сварочного процесса, при котором электрический разряд в виде дуги создает тепло, достаточное для расплавления и соединения материалов. Дуговая сварка может быть автоматической и ручной. Это наиболее универсальный, высокопроизводительный и сравнительно недорогой метод.
Интересно, что одним из первооткрывателей электрической дуги был русский ученый Василий Петров, обнаруживший и описавший это явление еще в 1802 году. Для возникновения электрической дуги нужен источник электричества и два электрода – проводника тока, между которыми при увеличении напряжения проходит электрический пробой и возникает дуговой разряд, замыкающий электрическую цепь. Электрическая дуга применяется не только для сварки: на ее основе создавались первые источники электрического света, с ее помощью режут металл и выплавляют сталь.
Явление электрической дуги может быть незапланированным и поэтому вредным на производстве. Но дуга может навредить даже тогда, когда по идее должна приносить только пользу. Давайте разберемся, почему же нельзя смотреть на процесс сварки.
Электрическая дуга вырабатывает очень большое тепло − до 7000 °С. По мере роста температуры при сварке возникает сильное свечение, в том числе в невидимом глазу ультрафиолетовом диапазоне. УФ-лучи, попадая в глаза, могут вызвать ожог, который, в свою очередь, приводит к болезненным явлениям, светобоязни и даже катаракте. Причем вредное воздействие зависит не столько от длительности, сколько от интенсивности свечения сварки и близости наблюдателя к ней. Именно поэтому родители совершенно оправданно запрещают детям смотреть на сварку, а все сварщики пользуются специальными очками.
Устройство и работа сварочного аппарата
Если коротко, то инверторный сварочный аппарат – это преобразователь постоянного тока в переменный. Сетевой переменный ток напряжением 220 вольт преобразуется в постоянный, затем подается на выпрямитель, чтобы снова получить переменный ток, но с очень высокой частотой. Снижение напряжения тока значительно увеличивает его силу.
После этого полученный электрический ток высокой частоты, с увеличенной силой и низким напряжением, снова преобразуется в постоянный, с помощью которого и осуществляется сварка.
Расплавление металла при сварке возможно благодаря высокой температуре электрической дуги. Дуга создается между сварочным электродом и свариваемым металлом. Для этого к ним подсоединяют противоположные полюса. Если электрод подключен к «минусу», а деталь к «плюсу», такое соединение называют прямым, а если наоборот, то обратным. Оба варианта могут применяться при сварке металлов с различной толщиной.
Сварочный электрод состоит из металлического сердечника и обмазки, которая оберегает область сварки от воздействия кислорода. При контакте сердечника электрода и металла возникает электрическая дуга и начинает гореть обмазка, которая частично превращается в газы, окружающие зону сварки и защищающие от кислорода. Расплавившаяся часть обмазки покрывает металл защитным слоем, который, застывая, превращается в шлак.
Как выбрать сварочный инвертор
На российском рынке представлено множество вариаций сварочных инверторов. Применение инверторной технологии позволяет создавать компактные сварочные аппараты, которые легко транспортировать и удобно использовать. Например, инвертор «ФОРСАЖ-161», выпускаемый Государственным Рязанским приборным заводом (ГРПЗ), весит всего 4,3 кг, что дает возможность переносить его на плечевом ремне и даже производить сварку в таком положении.
Ручная дуговая сварка подходит для соединения различных металлов разной толщины. Применение такой сварки наиболее оправданно там, где нет необходимости делать швы большой длины. Это идеальный вариант для работ дома, на даче или сварки в небольшой мастерской. Впрочем, в линейке аппаратов ГРПЗ есть и профессиональные модели. Например, сварочный аппарат «ФОРСАЖ-200» сочетает в себе мобильность (масса 5,9 кг) с высокой производительностью и стабильным сварочным соединением.
Для работ, близких к промышленным масштабам, требуется оборудование с улучшенными параметрами и более широким набором возможностей. Рязанское предприятие Ростеха производит инвертор «ФОРСАЖ-315М», который адаптирован для применения в нефтегазовой отрасли, в строительно-монтажных организациях и на судостроительных предприятиях. Кроме электродуговой сварки, аппарат можно использовать и для аргонодуговой сварки, которая позволяет делать более прочные соединения. Эта модель уже прошла проверку в жестких условиях на нефтегазовых объектах и включена в реестр сварочного оборудования ПАО «Газпром».
События, связанные с этим
Татарстан: место встречи цивилизаций
Новинки Ростеха на «Иннопроме-2023»
Что такое сварочный инвертор
Сварочный инвертор – это сложный силовой электронный агрегат, работающий при высоком напряжении, больших частотах и значительной силе тока. Инвертор два раза преобразует входящее напряжение:
- из переменного 220 Вт в стабильное;
- в высокочастотное 200кГц переменное.
Преобразователь частот представляет собой широко-импульсный модулятор. На дугу напряжение попадает выпрямленное. Управление машиной происходит цифровым процессором с программируемыми микросхемами. Это уникальные приборы, которые способны «думать» вместо сварщика, проводя регулярный мониторинг и анализ состояния дел на дуге.
Что такое инверторный сварочный аппарат
Сварочные аппараты инверторного типа обладают целым рядом оригинальных функций и свойств.
Особенности инвертора
- создает беспрерывный ток, параметры которого идеально подходят к определенному виду сварки, кроме того устройство имеет удобную систему регулировки вольт амперных характеристик тока;
- идеально сочетает портативность, высокую мощность и большой функционал;
- экономичен – инвертор стоит недорого и потребляет электроэнергию в два раза меньше, чем другие сварочные аппараты, причём внутренних индуктивных потерь нет;
- обеспечивает максимальный пользовательский комфорт — оптимальные массогабаритные характеристики и эргономичный дизайн;
- КПД больше 90%, соs φ максимально близко к единице, благодаря этому вошедшая электроэнергия в полном объёме поступает на дугу.
Программное обеспечение всех агрегатов даёт им возможность:
- автоматически и оперативно (через 0,5 сек) отключаться во время короткого замыкания, при этом перегревание устройства и прилипание электрода исключено;
- быстро активировать дугу элементарным «чирканьем» электрода о рабочую поверхность;
- при сварке создаётся череда недлинных и сильных импульсов тока, препятствующих образованию жидкометаллических перемычек на сварочной зоне.
Преимущества сварочного инвертора
- позволяет использовать непрерывный ток, не зависящий от скачков входящего напряжения;
- минимально разбрызгивает металл при сварке;
- оригинальная система регулировки позволяет осуществлять все виды сварки: аргонно-дуговую, штучным электродом, полуавтоматическую;
- минимальное потребление энергии.
Инверторы успешно без ограничений используются для любых видов электродуговой и плазменной сварки и резки. Современные устройства оснащены такими функциями как «антизалипание электрода», «форсаж дуги», «горячий старт», что делает работу максимально комфортной и удобной.
Как и при выборе любого сварочного аппарата, выбирая инвертор, учитывайте показатель силы тока (максимальный и минимальный), который определяет в дальнейшем толщину свариваемых деталей.
Дополнительно можно обратить внимание на тип силовых транзисторов:
MOSFET – простые силовые ключи, требуют большой блок для управления, что утяжеляет устройство.
IGBT – новый тип транзисторов, сложнее и совершеннее по структуре, требуют меньше управления и позволяют снизить вес и размер аппарата.
Как работает сварочный аппарат инверторного типа
Одним из самых популярных видов оборудования для электродуговой сварки по праву считается сварочный инверторный аппарат. В число преимуществ таких приборов входят совместимость с большим количеством электродов, малый вес и высокая производительность. Приобрести инверторные сварочные полуавтоматы по ценам, соответствующим рыночным, можно в нашем магазине.
Механизм функционирования оборудования
Чтобы понять принцип работы такого прибора, нужно ознакомиться с его конструкцией. Питание инверторных сварочных аппаратов осуществляется через кабель от розетки с напряжением в 220 или 380 вольт. Поступающий в прибор переменный ток с частотой в 50 Герц сразу направляется в сетевой выпрямитель. Это устройство состоит из диодного моста и фильтрующих конденсаторов. Их номинальное напряжение обычно составляет не менее 400 В, на случай скачков в электросети. Проходя через сетевой выпрямитель, переменный ток преобразуется в постоянный, а его напряжение при этом стабилизируется. Далее электрическая энергия направляется в инвертор сварочного аппарата. Это устройство представляет собой преобразователь, выполненный в виде блока транзисторов. При прохождении через него ток вновь становится переменным, а его частота увеличивается до 20-50 кГц. Рядом находится радиатор, отводящий тепло от деталей, нагревающихся в процессе преобразования. Блок транзисторов, в свою очередь, подключается к трансформатору, на обмотке которого происходит понижение высокочастотного напряжения до 70-90 вольт. Далее переменный ток с пониженным напряжением поступает в выходной выпрямитель. Это устройство выполнено в виде диодного моста с быстродействующими электронными элементами. Пройдя через выпрямитель, высокочастотный переменный ток сглаживается. Понижение напряжения, согласно закону Ома, дает возможность увеличить силу тока до значения, необходимого для полноценного питания электрической дуги. Так, в результате описанных преобразований на конце электрода сварочного инверторного аппарата устанавливается сила тока в оптимальном диапазоне от 100 до 200 ампер.
Как работает сварочный инвертор – Конструкция и особенности
Сегодня на рынке, с развитием электросварки, появилось огромное множество предложений по оборудованию, особой популярностью среди которого пользуются сварочные инверторы . На волне своей популярности в интернете гуляет очень много информации от фирм относительно своих аппаратов и их преимуществ. Очень часто покупателю тяжело разобраться в актуальности и корректности относительно оборудования, перед покупкой сварочного инвертора. Именно поэтому, мы попробуем простыми словами донести что же собой являет аппарат инверторного типа и как он работает, чтобы выбирая инвертор для себя, вы могли понимать на что обратить внимание
Сварочный инвертор по сути является преобразователем тока, который пропуская его через себя, несколько раз изменяет его показатели, добиваясь характеристик, пригодных для возбуждения сварочной дуги, в процессе которой происходит расплавление металла на обрабатываемой поверхности и электроде (как пример) с последующим плавным переносом его в сварочный шов.
Наиболее распространенными и применяемым в широкой области выступают сварочные аппараты для работы с электродами, большинство пользователей ассоциирует само понятие сварочного инвертора именно с такими аппаратами, хотя все инверторы имеют похожий принцип работы. В статье мы будем придерживаться такой же линии, хотя по большому счету она не совсем верна, ведь сварочным инвертором можно назвать любой аппарат, который в своей конструкции имеет диоды и силовые транзисторы. Таким образом по инверторной технологии могут работать не только сварочники для работы с электродами (ручная дуговая сварка, или РДС, ММА), но и полуавтоматы (MIG, MAG) или аппараты для работы с неплавящимся электродом (TIG, TAG).
Итак, первое что нужно понимать — Сварочный инвертор — это тип устройства, конструкции аппарата, которая преобразовывает ток, но никак не вид аппарата по назначению.
Принцип работы сварочного инвертора
Перед тем как понять, что же делает инвертор с током, необходимо вспомнить некоторые характеристики, которые свойственны току.
Зависимо от частоты, ток бывает переменным или постоянным .
Переменный ток имеет высокую частоту, в стандартной розетке 50 Герц (это количество раз которое частицы переносящие заряд в потоке за 1 секунду меняют направление движения). Поток образует постоянное колебание, волнение, которое выглядит как синусоида
Постоянный ток – это когда в потоке заряженные частицы движутся строго в одном направлении, без колебаний, его график стремиться к ровной линии, направление движения не меняется, а соответственно частота стремиться к 0.
Ключевым фактором здесь выступает частота тока (именно она и определяет каким будет ток)
Можно выделить 4 основных момента в процессе трансформации тока аппаратом
- Из сети электропитания переменный ток (с частотой 50-60 Гц) попадая в инвертор (на сетевой выпрямитель) преобразуется в постоянный, другими словами его частота выравнивается (задается строгое направление движения частицам в потоке, и убираются их колебания).
- Затем ток попадает на транзисторы, которые получая постоянный ток, снова задают хаотичное движение, только теперь значительно увеличивая его частоту, вплоть до 50 кГц (это в тысячу раз больше чем частота изначального переменного тока из розетки). Это ключевой элемент, который в последующем позволяет избежать применения громоздких и тяжелых элементов в устройстве сварочного оборудования.
- Далее на трансформаторе понижается напряжение высокочастотного тока с 220 Вольт из розетки до 60-70 Вольт (в 6 раз ниже) что значительно увеличивает его силу. Так как транзисторы до этого задали току высокую частоту, в сварочном инверторе нет необходимости применять большую катушку, поэтому трансформатор здесь используется маленький, что значительно уменьшает массу и размеры устройства.
- Теперь, ток с низким напряжением, высокой силой и частотой отправляется на выходной выпрямитель, где снова преобразуется в постоянный, подходящий для сварки с высокой силой и низким напряжением. Что позволяет концентрировано плавить металл, плавно и мягко не разбрызгивая его, вести сварочный шов аккуратно и просто, добиваясь отличного результата, даже не имея большого опыта сварщика.
Помимо указанных этапов, параллельно протекает и множество других процессов, связанных с контролем и управлением процессом внутри сварочного инвертора, обеспечивающих изменение и корректировку показателей, чтобы вы могли настроить аппарат под необходимые условия сварки, и получить комфортные характеристики тока.
Отличия в ключевых деталях сварочных инверторов
Сегодня прогресс шагает очень быстро и уже внутри инверторных технологий произошел ряд модификаций. Так первое на что можно обратить внимание в сварочном инверторе это тип силовых транзисторов:
- MOSFET – простые силовые ключи (их называют полевые). В виду своей простой структуры, требуют больший блок для управления, чем следующий вид, а соответственно сварочный инвертор становиться несколько массивней, да и самих транзисторов, как правило, требуется больше в таком аппарате.
- IGBT – более новый, сложный и совершенный по структуре тип транзисторов, они требуют меньше управления, являясь более самостоятельными, что позволяет снизить вес и размер сварочного инвертора.
В последнее время нововведения появились и в способе компоновки деталей на плату сварочного инвертора. Можно выделить такие варианты монтажа:
Пайка обычных выводных элементов
Такой вид внутренней компоновки в сварочном инверторе часто предполагает ручную сборку, даже если на заводе процесс автоматизирован, то некоторые детали часто все равно паяют мастера. По итогу качество и надежность работы инвертороного сварочника во многом зависит от качества сборки.
SMT или поверхностный монтаж
Компоненты, используемые в таком сварочном инверторе называются SMD, – они выглядят как небольшие, почти плоские прямоугольники, которые в разы меньше обычных деталей. Такие элементы впечатываются в плату на заводе, как правило процесс полностью автоматизирован, такой способ обеспечивает лучший контакт и более эффективную передачу сигналов, с меньшими потерями, по сравнению с обычными деталями. Исключается вероятность брака что положительно сказывается на точности работы всего сварочного инвертора, исключая вероятность брака.
Размер SMD деталей в несколько раз меньше, при этом сварочный инвертор становиться еще компактней, вместе с IGBT транзисторами, производители добиваются размеров сопоставимых с тостером.
К недостаткам такой технологии можно отнести сложность обратной пайки без специализированного оборудования. Другими словами, не каждый мастер сможет заменить детали на такой плате, что сужает круг мастерских, которые занимаются ремонтом подобных сварочных инверторов.
В нашем интернет магазине представлен широкий выбор аппаратов, и если вы надумаете купить сварочный инвертор, мы поможем подобрать модель, которая будет соответствовать вашим требованиям и задачам, которые необходимо решать.
Если у вас остались вопросы про устройство или отличия сварочных инверторов, пишите в комментариях к этой статье и мы с удовольствием дополним материал, интересующей информацией.