Схема зварювального інвертора. Принципова електрична схема зварювального інвертора

У статті буде розглянута класична схема зварювального інвертора. На сьогоднішній день вони дуже популярні, ціна їх досить доступна. У них дуже багато позитивних якостей, зокрема, простота роботи і малу вагу. Але, як і решта електронні пристрої, зварювальний апарат може вийти з ладу. І щоб провести якісний ремонт, необхідно хоча б у загальних рисах мати уявлення про його устрій, з яких елементів складається схема інвертора. Без цього ви не зможете відремонтувати сварочніка, у схемі яких використовуються інверторні перетворювачі. Тому необхідно дуже багато теорії дізнатися про цей пристрій.

Основні відомості про інверторні апарати

По суті, це блок живлення, принцип його дії схожий на той, який використовується в персональних комп'ютерах. Перетворення електричної енергії відбувається за однаковими принципами, незважаючи на те, що розміри і функції цих пристроїв різні. Можна виділити кілька етапів, які протікають в зварювальному инверторе. Першим ділом відбувається перетворення змінної напруги, що надходить від мережі 220 В, в постійне. Про те, як це відбувається, буде розказано трохи нижче, так само як і наведена електрична схема зварювального інвертора.

Потім відбувається перетворення цієї напруги в змінну, але з більш високою частотою. Ви знаєте, що в електричній мережі частота струму 50 Гц. У інверторних зварювальних апаратах відбувається підвищення аж до 80000 Гц. Потім необхідно знизити значення напруги з високою частотою. На останньому етапі відбувається перетворення цього низької напруги з частотою порядку 80 000 Гц. Це короткий опис, насправді всі етапи можна розбити на більш дрібні складові. Але для розуміння принципу функціонування цього достатньо.

За рахунок чого зменшується вага зварювального апарату

А тепер про те, чому були обрані схеми саме інверторного типу. Подивіться на зварювальні апарати, які використовувалися раніше, у тому числі і саморобні. Їх основне призначення – зниження змінної напруги, що надходить від побутової електромережі до безпечного значення, але з великим вторинним струмом. З цієї причини первинна обмотка мотається більш тонким дротом, ніж вторинна. Від товщини проводу залежить те, якою струм ви отримуєте в обмотці. Нижче наведена принципова схема зварювального інвертора у статті. Уважно її вивчіть, щоб мати уявлення про те, які елементи входять до неї. Для зварювання деколи обходимо кілька сотень ампер. Через те, що потужність таких трансформаторів дуже висока, а працюють вони тільки при частоті струму 50 Гц, крім того, у них дуже великі габарити. Як ви розумієте, частота вхідного і вихідного струму однакова. Іншими словами, якщо подали на первинну обмотку 50 Гц, з вторинною зніміть електричний струм з такими ж параметрами.

Робоча частота інвертора

Але ось завдяки інверторним зварювальних апаратів, в яких збільшується робоча частота на значення порядку вісімдесяти тисяч герц, а в деяких апаратах і більше, можна у багато разів зменшити розміри трансформаторів, які застосовуються при перетворенні електричного струму. Якщо збільшити робочу частоту, то можна зменшити трансформатор як мінімум в чотири рази. Отже, сумарна вага всього сварочніка буде дуже маленьким. Собівартість цього апарата також зменшується, оскільки відбувається економія міді і сталі, які використовуються при виготовленні трансформаторів. Але щоб отримати таке значення частоти, необхідно застосовувати інверторні схеми. Вони складаються з потужних польових транзисторів, які працюють у режимі ключа. З їх допомогою відбувається перемикання струму з необхідною для роботи частотою. Зверніть увагу на те, що працювати польовий транзистор може лише при постійній напрузі. Варто відзначити, що схема зварювального інвертора «Ресанта» багато в чому схожа з тією, яка використовується в інших апаратах.

Принцип роботи випрямляча

Тому перш ніж подати на них харчування, необхідно випрямити надходить струм. Для цього використовується випрямляч, в якому знаходяться потужні діоди. Вони з'єднані по мостовій схемі. Після цього відбувається відсічення змінної складової за допомогою електролітичних конденсаторів. Це відбувається на першій ступені перетворення. Польові транзистори підключаються до трансформатора. З його допомогою виходить понизити напругу. Як згадувалося вище, ці транзистори виробляють перемикання струму з частотою іноді навіть більш 80000 Гц. Ясна річ, що трансформатор теж повинен бути розрахований на роботу при таких параметрах. Габарити цього пристрою дуже маленькі, не зрівнятися йому з тими, які застосовуються у звичайних трансформаторних зварювальних апаратах. А ось потужність у нього така ж. Ясна річ, що з'являється ще безліч різних елементів, які необхідні для стабільної роботи зварювального апарату. А тепер більш докладно про те, як працює кожен блок звичайного зварювального інвертора. У ньому є дві основних частини – силова і схема управління.

Випрямний каскад

У цьому блоці відбувається перетворення змінного струму, який надходить від мережі 220 Вольт. У ньому є кілька напівпровідникових діодів з великою потужністю, а також електролітичні конденсатори і дросель. Це вкупі дає те, що змінний струм з робочою частотою 50 Гц стає постійним. Конденсатори необхідні для того щоб відсікти змінну складову, яка все одно залишається в випрямленій напрузі. Зверніть увагу, що існує кілька варіантів схем для випрямлення напруги. Якщо підключення необхідно виробляти до трифазної мережі, то схема з'єднань напівпровідникових діодів буде дещо іншою. Тому потрібно визначитися з тим, яка вам необхідна схема зварювального інвертора. Своїми руками такий пристрій можна зібрати досить просто.

Фільтри

Зверніть увагу також, що практично в півтора рази збільшується напруга після того як воно надійде на фільтр, зібраний на електролітичних конденсаторах. Іншими словами, якщо відбувається живлення від мережі 220 Вольт, то на висновках конденсаторів, якщо зробити вимір, буде 310 В. Для згладжування пульсацій струму, щоб не виникало високочастотних перешкод, а також для уникнення потрапляння їх в електричну мережу, необхідно встановити спеціальний фільтр. Зазвичай він збирається на дроселі, який намотаний на кільцевому сердечнику, а також в схему включені кілька конденсаторів.

Інверторний каскад

Зазвичай для реалізації інвертора використовують два потужних транзистора, які працюють у режимі ключа. Варто відзначити, що вони обов'язково монтуються на алюмінієвому радіаторі. Також є додаткове примусове охолодження за допомогою вентилятора. Завдяки цим транзисторам відбувається комутація постійної напруги, яке згодом надходить на імпульсний трансформатор. Причому перемикання відбувається з частотою близько 80 кГц. Але є відмінність від змінного струму, який протікає в побутовій електромережі. По-перше, саме значення частоти у багато разів перевершує його. По-друге, форма імпульсу цього змінної напруги, що виробляється польовими транзисторами, прямокутна, а не синусоїда. Щоб убезпечити транзистори від надмірного перевищення напруги, необхідно використовувати ланцюга, що складається з опорів і конденсаторів. Варто відзначити, що принципова електрична схема зварювального інвертора не обходиться без цих елементів.

ВЧ-трансформатор

Високочастотний трансформатор, на який подається напруга від транзисторів, що працюють в ключовому режимі, дозволяє знизити його значення до 65 вольт в середньому. Але при цьому струм може складати близько 130 А. Можна навіть провести аналогію з котушкою запалювання, яка використовується в автомобілях. У зварювальних инверторах на первинну обмотку подається висока напруга, але струм у нього дуже маленький. Знімається з вторинної обмотки напруга з меншим значенням, але струм при цьому збільшується. Зверніть увагу на те, що автомобільна котушка запалювання працює за зворотним принципом. Тобто низька напруга з великим струмом подається на первинну обмотку. А з вторинною знімається висока напруга, але з меншим значенням струму.

Вихідний випрямляч

Але варто поглянути на те, з яких компонентів складається ще ел. схема зварювального інвертора. На виході також встановлено ректифікатор, який збирається з напівпровідникових діодів великої потужності. У них дуже високу швидкодію, вони відкриваються і закриваються за час, який набагато менше, ніж 50 наносекунд. Зверніть увагу при проектуванні зварювальних інверторів на те, що потрібно підбирати ці напівпровідникові елементи з таким розрахунком, щоб їх параметри задовольняли режиму роботи. Прості діоди не впораються з поставленим завданням, оскільки вони не зможуть своєчасно відкритися і закритися. Відразу ж почнеться надмірний нагрів і, як наслідок, вихід з ладу. З цієї причини необхідно при проектуванні або ж при ремонті проводити встановлення діодів, які мають дуже малий час перемикання.