Огляд стандартної схеми зварювальних апаратів інверторного

Стійка тенденція до зниження цін на зварювальні апарати інверторного типу привела до значного зростання популярності цього обладнання як серед професіоналів, так і серед тих, хто до зварювальних робіт вдається тільки для своїх потреб. Цілком зрозуміло, що багатьох користувачів, що мають подібний апарат, цікавить його пристрій і принцип дії, адже інформація такого роду допоможе відремонтувати обладнання в разі його несправності або навіть вдосконалити недорогу модель з «урізаним» функціоналом. Як ми побачимо далі, розібратися з цими питаннями зовсім не складно, достатньо володіти елементарними знаннями в електротехніці.

Інверторний зварювальний апарат.

Загальні відомості

Електрична схема різних моделей зварювальних інверторів може відрізнятися деякими деталями, але в загальних рисах все ці апарати працюють за одним принципом. Головне завдання кожного з них - перетворити надходить з мережі електричну енергію так, щоб на виході отримати струм великої величини. Процес перетворення підрозділяється на кілька етапів:

Схема дроселя зварювального інвертора.

• випрямлення змінного струму, що надходить з електромережі;
• перетворення постійного струму назад в змінний, але вже з набагато більшою частотою коливань;
• посилення змінного високочастотного струму за рахунок зниження його напруги;
• випрямлення посиленого високочастотного змінного струму.

Той, хто хоч трохи розбирається в комп'ютерному "залізі", напевно знає, що подібним же чином працює імпульсний блок живлення персонального комп'ютера. Центральним моментом цієї схеми є збільшення частоти змінного струму, саме це завдання і виконує інвертор. Для чого це потрібно? Справа в тому, що габарити і вага трансформатора залежать не тільки від його потужності, а й від частоти струму, для перетворення якого він сконструйований. Чим нижче частота, тим потужнішим і великим виходить трансформатор. Залежність ця вельми істотна. Так, наприклад, з чотириразовим збільшенням частоти змінного струму розміри трансформатора скорочуються в два рази. Інверторна схема піднімає частоту електроструму з 50 Гц до 60-80 кГц, так що виграш у вазі і розмірах виходить цілком відчутний. В результаті ми отримуємо легкий і компактний зварювальний апарат, для виробництва якого необхідно набагато менше матеріалів, в тому числі дорогий міді.

Далі ми детально розглянемо основні блоки апарата інвертора і їх взаємозв'язку.

Силова частина: мережевий випрямляч

Схема инверторного зварювального апарату.

Особливість схеми інвертора полягає в тому, що для її роботи необхідний постійний струм. Тому змінний струм звичайної електромережі, що надходить з напругою 220 В і частотою 50 Гц, в першу чергу піддається випрямляння. Електрична схема випрямляча включає діодний міст і два конденсатора, в завдання яких входить згладжування пульсацій. Через великої потужності струму діодний міст під час роботи досить сильно нагрівається, тому його оснащують радіатором з термозапобіжника. Останній здійснює розмикання схеми при нагріванні до температури в 90 градусів.

На виході діодного моста виходить пульсуючий постійний струм напругою 220 В, але на конденсаторах воно збільшується в 1,41 рази і становить вже 310 В. З урахуванням можливості стрибків вихідного напруги в бік збільшення в мережевому випрямлячі інверторного зварювального апарату встановлюють конденсатори, що витримують напругу до 400 в (відповідає початковому напрузі в 280 в).

До джерела електроенергії мережевий випрямляч підключається через фільтр електромагнітної сумісності, який перешкоджає попаданню високочастотних перешкод від роботи інвертора в електромережу.

Схема джерела живлення інверторного зварювального апарату.

Відразу після включення зварювального апарату надходить на конденсатори зарядний струм може досягати такої величини, якої буде достатньо для виведення діодного моста з ладу. Щоб цього не сталося, всі типи зварювальних інверторів оснащуються схемою плавного запуску. Вона реалізована за допомогою реле і резистора, потужність якого становить близько 8 Вт, а опір - близько 50 Ом (в різних моделях зварювальних інверторів характеристики резистора можуть відрізнятися від зазначених). Резистор включений в ланцюг випрямляча, і в момент включення зварювального апарату він послаблює пусковий струм. Після того як обладнання вийде на робочий режим, спрацьовує реле, яке замикає висновки резистора так, що струм тече вже «мимо» нього.

Інвертор: принцип роботи

В електричну схему інвертора, яким оснащуються зварювальні апарати даного типу, входять два ключових транзистора, які підключаються за принципом «косого моста». Їх особливість полягає в тому, що вони можуть перемикатися з дуже високою частотою, від 60 до 80 кГц. При цьому вступник в інвертор постійний струм перетворюється в змінний, який має таку ж частоту. Від звичайного струму в електромережі він відрізняється ще й характеристикою: вона є не синусоидной, а прямокутної.

Ключові транзистори встановлюють на радіаторі, що дозволяє уникнути їх перегріву. Захист від надмірно високих напруг забезпечується демпферними RC-ланцюгами.

Високочастотний (імпульсний) трансформатор

Принцип роботи інвертора.

Головною частиною будь-якого зварювального апарату є понижуючий трансформатор. Його конструкція в інверторних апаратах майже не відрізняється від звичайної, але при цьому він є більш компактним. Ще одна важлива відмінність - наявність додаткової вторинної обмотки, яка використовується для живлення схеми управління.

На первинну обмотку високочастотного трансформатора надходить продукується інвертором змінний електрострум напругою 310 В і частотою в декілька десятків кілогерц. На виході вторинної обмотки, що має меншу кількість витків, напруга зменшується до 60-70 В, а сила струму зростає до 110-130 А. Йому залишається пройти ще одну, останню сходинку.

вихідний випрямляч

Вступник від високочастотного трансформатора струм необхідно перетворити в постійний - саме такий струм потрібен для зварювання. З цією метою зварювальний апарат інвертор оснащується вихідним випрямлячем, електрична схема якого складається з здвоєних діодів із загальним катодом. Від звичайних діодів вони відрізняються високою швидкодією. Цикл відкриття-закриття у цих елементів становить всього 50 наносекунд (ця характеристика називається часом відновлення). Це якість необхідно для роботи з струмами надвисокої частоти.

Діоди вихідного випрямляча також встановлені на радіаторі, а для їх захисту даний блок оснащується RC-ланцюгом.

Пускова схема апарату

Способи підключення зварювального інвертора.

У момент включення пристрою від мережевого випрямляча підключений до джерела живлення на схему управління через 15-вольта стабілізатор.

Після того як схема управління запустить в роботу ключові транзистори інвертора, на додаткової вторинної обмотці високочастотного трансформатора з'являється напруга. Воно випрямляється діодами і через все той же стабілізатор починає живити схему управління, при цьому відбувається її відключення від мережевого випрямляча.

схема управління

Координацію роботи перетворювача струму зварювального апарату інверторного типу здійснює схема управління. Її основним елементом є мікросхема ШІМ-контролера. У завдання цієї мікросхеми входить перемикання ключових транзисторів інвертора. Управління їх роботою ШІМ-контролер здійснює не безпосередньо, а за допомогою двох послідовно розташованих елементів: польового транзистора та розподільчого трансформатора.

Перетворення струму в зварювальному инвертор.

З польового транзистора на первинну обмотку розділового трансформатора надходить високочастотний (близько 65 кГц) струм з прямокутною характеристикою. Трансформатор перетворює напругу цього струму до тієї величини, яка необхідна для управління ключовими транзисторами інвертора. Сигнали на них надходять від двох вторинних обмоток розділового трансформатора, при цьому кожна з обмоток підключена до одного транзистору.

Крім зазначених елементів, електрична схема плати управління та контролю містить допоміжні транзистори, які допомагають ключовим транзисторам инверторной схеми закриватися, і стабілітрони, що захищають їх від перепадів напруги. Також тут є аналізатор-обмежувач струму. Головним елементом аналізатора є трансформатор, який включений в ланцюг первинної обмотки високочастотного трансформатора, встановленого в силовому блоці. Аналізатор-обмежувач контролює силу струму в перетворювачі зварювального апарату і використовує сигнали, що надходять з первинної обмотки силового трансформатора, для підстроювання зварювального струму і формування імпульсів, що транслюються до мікросхемі ШІМ-контролера.

Для регулювання сили струму зварювання в електричну схему блоку управління включений змінний резистор, опір якого задається поворотом ручки, виведеної на контрольну панель зварювального апарату інвертора.

Контроль вихідного і напруги

Функціональні можливості зварювального інвертора.

Крім усього перерахованого, в завдання схеми управління зварювального апарату входить відстеження напруги в мережі і на вихідному випрямлячі. Для цього її електричну схему комплектують операційним підсилювачем. Частина його елементів підключається до мережевого випрямляча з метою виявлення стрибків напруги в електромережі. У разі порушень ці елементи відтворюють сигнали захисту по струму і напрузі, які надходять в суммирующий модуль, а потім - в генератор імпульсів ШІМ-контролера. Робота генератора, отже, і всієї схеми, при цьому блокується.

Аналогічним чином контролюється робоча напруга на виході перетворювача. Його величина може відхилятися від норми в разі порушення в роботі діодного моста мережевого випрямляча або інших елементів. У цьому випадку також відбувається відключення схеми управління.

Блокування схеми супроводжується подачею напруги на сигнальний діод, який сповіщає користувача зварювального апарату про неполадки.

Інструкція по ремонту зварювального апарату-інвертора

Як будь-яке обладнання, інверторні апарати для зварювання можуть виходити з ладу. Часто спостерігається наступний симптом: апарат здається цілком справним (горить «нормальна» індикація, чутна робота вентилятора в корпусі), але іскра при контакті електрода з металом не виникає. Іноді при цьому можна чути незвичний гул. У деяких випадках ремонт пристрою можна здійснити своїми силами, не залучаючи фахівців сервісної компанії.

Схема зварювання тонкого металу за допомогою инверторной зварювання.

За інструкцією в першу чергу слід перевірити за допомогою мультиметра стан термозапобіжника, встановлених на радіаторах різних елементів в силовому блоці. Температура, при якій їх контакти розмикаються, зазвичай становить 90 градусів. Окремі типи таких запобіжників є одноразовими, після спрацьовування їх доводиться міняти. Інші розмикають ланцюг при перегріванні, але при охолодженні радіатора знову відновлюють з'єднання. Подібні елементи можуть встановлюватися на первинних обмотках силових трансформаторів. Їх спрацьовування часто призводить в оману електротехніків-любителів, які думають, що в обмотці стався обрив. Якщо ви виявили несправний термопредохранитель, можна спробувати закоротити його контакти. Цей варіант підійде в якості тимчасового «лікування», він дозволить вам закінчити роботу, якщо вона є терміновою.

Оскільки захист від перегріву тепер частково відсутня, зварювальний апарат слід експлуатувати дуже обережно, упівсили. А по завершенні роботи слід відразу рухатися в магазин радіодеталей для придбання запчастини.

Ще одне «чутливе» місце зварювальних інверторів - вихідний випрямляч, точніше, що входять до його складу діоди. Токи, з якими їм доводиться працювати, досягають 130 А і іноді стають причиною пробою в цих діодах.

У непрацездатності вихідного випрямляча легко переконатися за допомогою мультиметра, але без «прозвонки» кожного діода окремо визначити, який з них пробитий, неможливо. Діоди (тут застосовуються три здвоєних діода) доведеться випоювати і знімати з радіатора, до якого вони прикручені шурупами. Радіатор теж доведеться знімати.

Управління зварювальним інвертором.

Випаювати діоди та інші елементи буває непросто. В сучасних зварювальних інверторах пайку роблять дуже якісно, ​​з великою кількістю припою, особливо в тих місцях, де є струми великої сили. Крім того, використовується припой без вмісту свинцю, температура плавлення якого вище, ніж у звичайного свинцево-олов'яного. Тому для випоювання діодів та інших елементів краще скористатися потужним паяльником на 50 Вт, 40-ватного може не вистачити. Завдання ускладнюється тим, що потрібно отпаять три висновки одночасно, тому без гарного прогріву тут не обійтися. Для видалення припою можна скористатися десольдером або мідної опліткою.

Після того як пробитий діод буде виявлено (в здвоєних діодах можуть бути пробиті обидві частини), слід купити новий, такий же або аналогічний. Користувачеві слід звернути увагу на важливу обставину: діоди вихідного випрямляча є швидкодіючими, час їх відновлення складає всього 50 нс. Тільки такі елементи можуть працювати зі змінним струмом частотою в 60-80 кГц. Звичайні діоди встановлювати сюди не можна. У зарубіжних специфікаціях швидкодіючі діоди можуть позначатися як Hyper-Fast, Ultra-Fast, Stealth Diode, Super-Fast, High Frequency Secondary Rectifier і ін.

Перед монтажем діодів або ключових транзисторів на радіатор слід нанести свіжий шар теплопровідної пасти (КПТ-8 або аналогічну). Пасту потрібно наносити в достатній кількості, але і не дуже рясно. Вона забезпечує тепловідвід від елемента в напрямку мідного або алюмінієвого радіатора.

Пайку діодів слід виконувати дуже ретельно. Через великий сили струму в неякісних з'єднаннях буде спостерігатися сильне нагрівання і значні втрати потужності.

Буває, що з необережності при демонтажі радіатора були пошкоджені мідні доріжки і «п'ятачки» плати, їх нарощують мідним лудженим проводом і гарненько пропаивают.