В статье будет рассмотрена классическая схема сварочного инвертора. На сегодняшний день они очень популярны, цена их достаточно доступна. У них очень много положительных качеств, в частности, простота работы и малый вес. Но, как и остальные электронные устройства, сварочный аппарат может выйти из строя. И чтобы провести качественный ремонт, необходимо хотя бы в общих чертах иметь представление о его устройстве, из каких элементов состоит схема инвертора. Без этого вы не сможете отремонтировать сварочники, в схеме которых используются инверторные преобразователи. Поэтому необходимо очень много теории узнать об этом устройстве.
Основные сведения про инверторные аппараты
По сути, это блок питания, принцип его действия похож на тот, который используется в персональных компьютерах. Преобразование электрической энергии происходит по одинаковым принципам, несмотря на то, что размеры и функции этих устройств различные. Можно выделить несколько этапов, которые протекают в сварочном инверторе. Первым делом происходит преобразование переменного напряжения, которое поступает от сети 220 В, в постоянное. О том, как это происходит, будет рассказано немного ниже, равно как и приведена электрическая схема сварочного инвертора.
Затем происходит преобразование этого напряжения в переменное, но с более высокой частотой. Вы знаете, что в электрической сети частота тока 50 Гц. В инверторных сварочных аппаратах происходит повышение вплоть до 80 тысяч Гц. Затем необходимо снизить значение напряжения с высокой частотой. На последнем этапе происходит преобразование этого низкого напряжения с частотой порядка 80 тысяч Гц. Это краткое описание, на самом деле все этапы можно разбить на более мелкие составляющие. Но для понимания принципа функционирования этого достаточно.
За счет чего уменьшается вес сварочного аппарата
А теперь о том, почему были выбраны схемы именно инверторного типа. Посмотрите на сварочные аппараты, которые использовались ранее, в том числе и самодельные. Их основное предназначение – снижение переменного напряжения, которое поступает от бытовой электросети до безопасного значения, но с большим вторичным током. По этой причине первичная обмотка мотается более тонким проводом, нежели вторичная. От толщины провода зависит то, какой ток вы получаете в обмотке. Ниже приведена принципиальная схема сварочного инвертора в статье. Внимательно ее изучите, чтобы иметь представление о том, какие элементы входят в нее. Для сварки порой обходимо несколько сотен ампер. Из-за того, что мощность таких трансформаторов очень высокая, а работают они только при частоте тока 50 Гц, кроме того, у них очень большие габариты. Как вы понимаете, частота входящего и выходящего тока одинакова. Другими словами, если подали на первичную обмотку 50 Гц, со вторичной снимите электрический ток с такими же параметрами.
Рабочая частота инвертора
Но вот благодаря инверторным сварочным аппаратам, в которых увеличивается рабочая частота на значение порядка восьмидесяти тысяч герц, а в некоторых аппаратах и больше, можно во много раз уменьшить размеры трансформаторов, которые применяются при преобразовании электрического тока. Если увеличить рабочую частоту, то можно уменьшить трансформатор как минимум в четыре раза. Следовательно, суммарный вес всего сварочника будет очень маленьким. Себестоимость этого аппарата также уменьшается, так как происходит экономия меди и стали, которые используются при изготовлении трансформаторов. Но чтобы получить такое значение частоты, необходимо применять инверторные схемы. Они состоят из мощных полевых транзисторов, которые работают в режиме ключа. С их помощью происходит переключение тока с необходимой для работы частотой. Обратите внимание на то, что работать полевой транзистор может лишь при постоянном напряжении. Стоит отметить, что схема сварочного инвертора «Ресанта» во многом схожа с той, которая используется в других аппаратах.
Принцип работы выпрямителя
Поэтому прежде чем подать на них питание, необходимо выпрямить поступающий ток. Для этого используется выпрямитель, в котором находятся мощные диоды. Они соединены по мостовой схеме. После этого происходит отсечка переменной составляющей при помощи электролитических конденсаторов. Это происходит на первой ступени преобразования. Полевые транзисторы подключаются к трансформатору. С его помощью получается понизить напряжение. Как упоминалось выше, эти транзисторы производят переключение тока с частотой иногда даже более 80 тысяч Гц. Понятное дело, что трансформатор тоже должен быть рассчитан на работу при таких параметрах. Габариты этого устройства очень маленькие, не сравниться ему с теми, которые применяются в обычных трансформаторных сварочных аппаратах. А вот мощность у него такая же. Понятное дело, что появляется еще множество различных элементов, которые необходимы для стабильной работы сварочного аппарата. А теперь более подробно о том, как работает каждый блок обычного сварочного инвертора. В нем имеется две основных части – силовая и схема управления.
Выпрямительный каскад
В этом блоке происходит преобразование переменного тока, который поступает от сети 220 Вольт. В нём имеется несколько полупроводниковых диодов с большой мощностью, а также электролитические конденсаторы и дроссель. Это вкупе дает то, что переменный ток с рабочей частотой 50 Гц становится постоянным. Конденсаторы необходимы для того чтобы отсечь переменную составляющую, которая все равно остается в выпрямленном напряжении. Обратите внимание, что существует несколько вариантов схем для выпрямления напряжения. Если подключение необходимо производить к трехфазной сети, то схема соединений полупроводниковых диодов будет несколько иной. Поэтому нужно определиться с тем, какая вам необходима схема сварочного инвертора. Своими руками такое устройство можно собрать достаточно просто.
Фильтры
Обратите внимание также, что практически в полтора раза увеличивается напряжение после того как оно поступит на фильтр, собранный на электролитических конденсаторах. Другими словами, если происходит питание от сети 220 Вольт, то на выводах конденсаторов, если произвести замер, будет 310 В. Для сглаживания пульсаций тока, чтобы не возникало высокочастотных помех, а также для избегания попадания их в электрическую сеть, необходимо установить специальный фильтр. Обычно он собирается на дросселе, который намотан на кольцевом сердечнике, а также в схему включены несколько конденсаторов.
Инверторный каскад
Обычно для реализации инвертора используют два мощных транзистора, которые работают в режиме ключа. Стоит отметить, что они обязательно монтируются на алюминиевом радиаторе. Также имеется дополнительное принудительное охлаждение при помощи вентилятора. Благодаря этим транзисторам происходит коммутация постоянного напряжения, которое впоследствии поступает на импульсный трансформатор. Причем переключение происходит с частотой около 80 кГц. Но имеется отличие от переменного тока, который протекает в бытовой электросети. Во-первых, само значение частоты во много раз превосходит его. Во-вторых, форма импульса этого переменного напряжения, которое вырабатывается полевыми транзисторами, прямоугольная, а не синусоида. Чтобы обезопасить транзисторы от чрезмерного превышения напряжения, необходимо использовать цепи, состоящей из сопротивлений и конденсаторов. Стоит отметить, что принципиальная электрическая схема сварочного инвертора не обходится без этих элементов.
ВЧ-трансформатор
Высокочастотный трансформатор, на который подается напряжение от транзисторов, работающих в ключевом режиме, позволяет снизить его значение до 65 вольт в среднем. Но при этом ток может составлять порядка 130 А. Можно даже провести аналогию с катушкой зажигания, которая используется в автомобилях. В сварочных инверторах на первичную обмотку подается высокое напряжение, но ток у него очень маленький. Снимается с вторичной обмотки напряжение с меньшим значением, но ток при этом увеличивается. Обратите внимание на то, что автомобильная катушка зажигания работает по обратному принципу. То есть низкое напряжение с большим током подается на первичную обмотку. А с вторичной снимается высокое напряжение, но с меньшим значением тока.
Выходной выпрямитель
Но стоит взглянуть на то, из каких компонентов состоит еще эл. схема сварочного инвертора. На выходе также установлен выпрямитель, который собирается из полупроводниковых диодов большой мощности. У них очень высокое быстродействие, они открываются и закрываются за время, которое намного меньше, чем 50 наносекунд. Обратите внимание при проектировании сварочных инверторов на то, что нужно подбирать эти полупроводниковые элементы с таким расчетом, чтобы их параметры удовлетворяли режиму работы. Простые диоды не справятся с поставленной задачей, так как они не смогут своевременно открыться и закрыться. Сразу же начнется чрезмерный нагрев и, как следствие, выход из строя. По этой причине необходимо при проектировании или же при ремонте производить установку диодов, которые имеют очень малое время переключения.
