Устройство и принцип работы аппаратов для сварки, как выбрать сварочный аппарат

Вопросы и ответы

Электрическая дуга

Температуру в тысячи градусов Цельсия обеспечивает электрическая дуга, которая по сути представляет собой короткое замыкание между двумя электродами, расположенными достаточно близко друг к другу. Напряжение, подаваемое на электроды, увеличивается до тех пор, пока не произойдет пробой воздуха, который является изолятором.

Разложение – испускание катодных электронов. Нагретые током электроны выходят и направляются к ионизированным атомам в аноде. Затем возникает разряд, воздушный зазор ионизируется, образуется плазма, сопротивление воздушного зазора уменьшается, ток увеличивается, дуга нагревается и, став проводником, замыкает цепь.

Процесс называется «зажиганием» дуги. Дуга стабилизируется за счет установления необходимого расстояния между электродами и поддержания характеристик источника питания.

История появления преобразователя

Hva er en inverter: varianter
В конце 1800-х годов первый американский электрик Томас Эдисон (1847−1931) вышел из своей лаборатории, чтобы продемонстрировать, что постоянный ток (DC) является лучшим способом доставки электричества, чем переменный ток (AC), который был новой системой, поддерживаемой его Сербский соперник Никола Тесла (1856-1943).

Эдисон испробовал всевозможные хитрые способы убедить людей в том, что переменный ток слишком опасен, от электрочистки слона до поддержки использования переменного тока в электрическом стуле для ограничения смертной казни.

Так или иначе, система Теслы победила, и с тех пор мир в значительной степени работает в Интернете.

Единственная проблема заключается в том, что, хотя многие из наших приборов рассчитаны на работу от переменного тока, генераторы слабого тока часто вырабатывают постоянный ток. Это означает, что если вы хотите запустить что-то вроде гаджета с питанием от переменного тока от батареи постоянного тока в доме на колесах, вам понадобится устройство, которое, как его называют, преобразует постоянный ток в переменный.

Электричество постоянного и переменного тока

Inverter: varianter og operasjonsprinsipp
Когда учителя естественных наук объясняют основную идею электричества как потока электронов, они обычно говорят о постоянном токе (DC). Мы узнаем, что электроны немного похожи на вереницу муравьев, которые идут вместе с пакетами электрической энергии так же, как муравьи несут листья.

 

Это достаточно хорошая аналогия для чего-то вроде простейшего фонарика, где у нас есть цепь (сплошная электрическая петля), соединяющая батарею, лампу и выключатель, и электрическая энергия систематически передается от батареи к лампе до тех пор, пока все энергия батареи исчерпана.

В крупной бытовой технике электричество работает иначе. Источник питания, поступающий от розетки в стене, основан на переменном токе (АС), где ток меняет направление 50-60 раз в секунду (другими словами, с частотой 50-60 Гц).

Трудно понять, как переменный ток обеспечивает питание, когда он постоянно меняет свое мнение о том, куда он идет. Если электроны, выходящие из гнезда, проходят несколько миллиметров по кабелю, то вам нужно изменить направление и вернуться назад, как они вообще доберутся до лампы на столе, чтобы зажечь ее?

Ответ действительно очень прост. Представьте, что между лампой и стеной находятся электроны. Когда вы щелкаете выключателем, все электроны, заполняющие кабель, колеблются взад-вперед в нитях накала лампы, и это быстрое перетасовывание преобразует электрическую энергию в тепло, и лампа загорается. Электронам не нужно вращаться по кругу, чтобы нести энергию: в переменном токе они «бегут на месте».

Что предстваляет собой инвертор

Inverter - hva er det
Одним из наследий Теслы (и его делового партнера Джорджа Вестингауза, главы Westinghouse Electrical Company) является то, что большинство приборов, которые есть в наших домах, специально разработаны для работы на переменном токе.

Приборы, которым требуется постоянный ток, но которые получают питание от розетки, нуждаются в дополнительном оборудовании, называемом выпрямителем, обычно состоящим из электронных компонентов, называемых диодами, для преобразования переменного тока в постоянный.

Инвертор выполняет противоположную работу, и понять, как это сделать, довольно просто. Допустим, у вас есть батарея в фонарике, а переключатель замкнут, так что постоянный ток течет по цепи всегда в том же направлении, что и гоночный автомобиль на трассе.

Теперь, если вы вытащите батарею и развернете ее, предполагая, что она подходит другой стороной, она почти наверняка по-прежнему будет давать свет, и вы не заметите никакой разницы в освещении, которое вы получите, но электрический ток будет течь в противоположном направлении. Дорога.

Представьте, что у вас были молниеносные руки, и они были достаточно хороши, чтобы переворачивать аккумулятор 50-60 раз в секунду. Тогда вы станете своего рода механическим инвертором, который превращает постоянный ток батареи в переменный с частотой 50-60 Гц.

Конечно, инверторы, которые вы покупаете в магазинах электротоваров, так не работают, хотя некоторые из них действительно механические: в них используются электромагнитные переключатели, которые быстро переключаются на направление тока.

Подобные инверторы часто производят так называемый прямоугольный сигнал на выходе: ток либо течет в ту или иную сторону, либо мгновенно переключается между двумя состояниями.

Такие резкие изменения направления опасны для некоторых видов электрооборудования. При обычном переменном токе он постепенно меняется с одной стороны на другую, как синусоида.

Электронные преобразователи могут использоваться для создания этого типа плавно изменяющегося выхода переменного тока из входа постоянного тока. Они используют электронные компоненты, называемые катушками индуктивности и конденсаторами, для увеличения и уменьшения выходного тока, а не резкий прямоугольный сигнал включения / выключения, который вы получаете с базовым инвертором.

Инверторы также можно использовать с трансформаторами для изменения определенного входного напряжения постоянного тока на совершенно другое выходное напряжение переменного тока (выше или ниже), но выходная мощность всегда должна быть меньше входной мощности.

Из закона сохранения энергии следует, что инвертор и трансформатор не могут производить электроэнергии больше, чем потребляют, и часть энергии должна теряться в виде тепла, когда электричество проходит через различные электрические и электронные компоненты.

На практике КПД инвертора часто превышает 90 %, хотя базовая физика говорит нам, что некоторая часть энергии — какой бы она ни была — всегда где-то тратится впустую.

Из чего состоит

Помимо основных компонентов, в устройство инверторного сварочного аппарата входят электронные блоки, увеличивающие функциональные возможности аппарата. Основные элементы общей конструкции:

  • выпрямители: сетевые, высокочастотные;
  • фильтрующие конденсаторы;
  • реле плавного пуска;
  • датчик запуска;
  • кулер;
  • интерференционный фильтр;
  • понижающий трансформатор;
  • блок управления;
  • радиаторы.

Принцип работы рабочих элементов аппаратуры, вне зависимости от дополнительных электронных схем, остается неизменным – преобразовывать входной ток в ток высокой частоты.

Основы работы сварочного инверторного агрегата

Его можно подключить к стандартной квартирной розетке или подключить к автономным источникам питания. Инверторный сварочный аппарат работает от стандартной электросети с переменным напряжением 220, 380 В.

Сетевой выпрямитель преобразует поступающий переменный ток в постоянный ток. Это простая схема силового агрегата. Затем электрическая энергия поступает в транзисторный блок, служащий основой устройства, на выходе формируется переменный ток с повышенной частотой до 50 кГц.

Следующим этапом является прохождение энергии через преобразователь, при котором показатель силы тока увеличивается на 150-270%. На электрод будет поступать ток высокой частоты напряжением 60-90 В силой до 200 ампер.

В сварочных агрегатах необходимые свойства для качественной сварки и зажигания дуги достигаются изменением напряжения.

Электронные устройства и датчики позволяют вручную изменять параметры выходного тока, определять необходимое для сварки напряжение и мощность.

Блок сварочного преобразователя и выпрямители в схеме всегда монтируются на радиаторах. Электронный датчик температуры защищает устройство от перегрева. Когда температура блоков достигает 90 °C, питание автоматически отключается.

Для установки в инверторные сварочные аппараты применяют трансформаторы со следующими характеристиками:

  1. Первичная обмотка: до 100 витков ПЭВ толщиной 0,3 мм.
  2. Первая вторичная обмотка: 15 витков медным проводом толщиной 1 мм.
  3. Вторая и третья вторичные обмотки: 20 витков медного провода диаметром 0,35 мм.
  4. Четыре слоя изоляции.

Устройство плавного пуска представляет собой резистор большой мощности. Он обеспечивает плавный пуск инвертора и стабилизирует мощный электрический импульс, поступающий на блок после его включения.

Принцип работы инвертора

Как уже говорилось, инверторы вошли в практику сварочных работ не так давно, в конце ХХ века. Этот тип устройства основан на принципе смещения напряжения. Такое решение позволяет увеличить силу и частоту тока. Следует отметить, что устройство используемого для работы преобразователя содержит достаточно сложную схему, в которой реализованы следующие процессы:

Inverter sveisemaskiner

Инверторные сварочные аппараты

  1. Переменный ток, подаваемый на инвертор, преобразуется в постоянный ток. Изменение параметров тока происходит в устройстве, которое собрано с использованием диодного моста.
  2. Полученный ток передается на преобразователь, играющий роль генератора высокочастотных импульсов. В блоке транзисторов происходит обратное преобразование постоянного тока в переменный. Но принимаемый ток имеет значительно большую частоту, чем исходящий от источника питания.
  3. Ток высокой частоты подается на трансформатор. Это устройство снижает напряжение, одновременно увеличивая ток. Поскольку трансформатор, который используется для работы с токами высокой частоты, имеет небольшие габариты, все это сказывается на общих весовых характеристиках преобразователя.
  4. Пройдя через трансформатор, переменный ток с новыми параметрами поступает в выпрямитель, где снова преобразуется в постоянный ток, который используется для сварки.

Следует отметить, что инверторные агрегаты, в отличие от агрегатов трансформаторного типа, потребляют вдвое меньше энергии. Кроме того, параметры тока, поступающего от аппарата, обеспечивают стабильное зажигание и горение сварочной дуги во время сварки.

Основные параметры

Технические характеристики инверторных машин позволяют производить сварку в стабильном режиме. При возможных перепадах напряжения в питающей сети, снижении напряжения при работе генератора процесс сварки не прерывается. Использование микропроцессора обеспечивает малый вес устройства. Основные технические характеристики инвертора и его рабочие параметры:

  • масса;
  • мощность;
  • выходной сварочный ток (минимальное и максимальное значения);
  • напряжение питания, тип используемой сети;
  • диаметр электрода.

В зависимости от характеристик и параметров использования сварочные инверторы классифицируют:

  • полуавтоматический;
  • ручная дуговая сварка;
  • для плазменной резки металла;
  • для аргонно-дуговой сварки.

Плюсы и минусы инверторной сварки

Инверторные блоки показывают КПД в пределах 85 – 95%, надо сказать, что это высокий показатель среди электронной техники. Используемая схема позволяет регулировать уровень сварочного тока от нескольких ампер до сотен и даже тысяч.

Например инвертор марки ММА, это 20 — 220 А. Инверторы могут работать долго. Блок питания может управляться дистанционно. К несомненным достоинствам преобразователей можно отнести их малые габаритно-весовые характеристики, позволяющие перемещать аппарат на месте сварки. В конструкции агрегатов используется двойная изоляция, что обеспечивает электробезопасность.

Технологические достоинства

Применение преобразователей позволяет использовать электроды любой марки, работающие как с постоянным, так и с переменным током. Устройства этого типа могут применяться для сварки неплавящимся электродом в среде защитных газов. Кроме того, конструкция данного оборудования позволяет легко автоматизировать сварочные процессы.

Сварку можно производить короткой дугой, благодаря чему снижаются потери энергии и улучшается качество сварного шва, в частности, на поверхности свариваемых деталей практически не образуются сварочные брызги. Кстати, использование преобразователей позволяет получить швы любой пространственной конфигурации.

Для управления современными сварочными инверторами используются микропроцессоры, что обеспечивает стабильную связь между напряжением и током.

Минусы, которым обладают инверторы

Инверторы ремонтировать несколько сложнее, чем традиционные трансформаторные блоки. При выходе из строя любого из элементов управления на плате ремонт может обойтись примерно в треть стоимости нового сварочного инвертора.

Инверторы, в отличие от других видов техники, очень боятся пыли. Это значит, что такие агрегаты следует обслуживать чаще. Работа инверторного сварочного аппарата также ограничена низкими температурами. Кроме того, существуют некоторые ограничения по хранению инвертора при отрицательных температурах. Это заливается с образованием конденсата, что может привести к короткому замыканию на плате.

Как выбрать сварочный аппарат для дома и дачи на 220 В

При выборе сварочного оборудования потребитель должен определиться, для каких задач оно будет необходимо.

Если он будет использоваться для ремонта кузовных деталей, то он должен иметь одни параметры, а если для работ по изготовлению металлоконструкций, то другие. Но в любом случае устройства должны соответствовать ряду требований, особенно в домашнем устройстве должны быть реализованы такие функции, как теплый старт, антизалипание и некоторые другие. Этим инверторы отличаются от традиционных устройств.

В конструкции данного типа прибора обязательно должен быть установлен вентилятор. Кроме того, цепь должна быть защищена от скачков напряжения. В принципе, устройство с такими параметрами может работать как в домашней мастерской, так и на промышленном производстве.

Потребляемая мощность

В зависимости от того, для какой работы используется инвертор и к какому типу он относится, рассчитывается потребляемая мощность устройства.

Бытовая сварка, масса которой не превышает 5 кг, работает от однофазной сети переменного тока напряжением 220 вольт. Устройство рассчитано на время работы до 20 минут при максимальной мощности.

Полуавтоматические и автоматические сварочные инверторы имеют усиленный трансформатор, микроблок регулировки, дополнительные радиаторы и конденсаторы. Время непрерывной работы 6–8 часов от сети 220–380 Вольт, как от однофазной, так и от трехфазной.

Все характеристики устройства — потребляемая мощность, выходной ток, тип сети — указаны на шильдике устройства. Для преобразователя, работающего от бытовой сети 220 вольт, максимальный ток нагрузки не должен превышать 160 А.

Если подключить профессиональный преобразователь с высокими характеристиками энергопотребления к бытовой сети, произойдет либо автоматическое аварийное отключение устройства, либо короткое замыкание и перегорание розеток.

Во время работы необходимо следить за работой индикатора защиты от перегрева, индикатора сети, поставить аппарат по шкале регулировки сварочного тока. Кнопка реле установлена ​​на корпусе инвертора.

Читайте также: Стартера для люминесцентных ламп: для чего нужен, схема включения, конденсатор, типы и виды, устройство и принцип работы

Классификация инверторов

Сварочные инверторы можно классифицировать по величине сварочного тока. Производители выпускают три вида устройств:

  • 100-160 А — малой мощности;
  • 160-200 А — средний;
  • 200-250 А — мощные.

Существует зависимость между величиной силы тока и габаритами устройства. При выборе устройства для использования в домашних условиях следует руководствоваться задачами, которые им предстоит решать.

К юнитам низшего уровня можно отнести самых слабых юнитов, многие используют их для получения рабочих навыков. Устройства, относящиеся к среднему классу, являются одними из самых популярных и позволяют выполнять широкий спектр работ, от сборки забора до изготовления достаточно сложных металлоконструкций.

Самые мощные устройства в основном используются в промышленных целях. Применяются для работы с прокатным металлом большой толщины.

Большинство преобразователей предназначены для работы с покрытыми электродами. Но их можно использовать и для работы со сварочной проволокой. Для этого на устройство устанавливается устройство, подающее проволоку в зону сварки. Проволока подается через сварочный пистолет, а также через него пропускается газовая смесь, что защищает рабочую зону от воздействия атмосферного воздуха.

Дополнительные функции в инверторах

В современных инверторных агрегатах реализованы некоторые опции, значительно облегчающие работу сварщика:

  1. Горячий старт — часто у начинающих сварщиков, да и не только у них, возникают сложности с зажиганием и поддержанием дуги в рабочем состоянии. В момент зажигания ток повышается до необходимого уровня и сразу после зажигания возвращается к рабочим параметрам. Процесс изменения силы тока происходит полностью автоматически, без участия сварщика.
  2. Еще одна проблема, которая не дает покоя новичкам, заключается в залипании электрода. Причин тому несколько, но решение у нее одно – снижение уровня сварочного тока. Эта операция также выполняется автоматически.

  1. Сила смычка позволяет выполнять стежки в разных пространственных положениях.
  2. Снизить напряжение холостого хода до уровня, безопасного для работника и окружающих его людей.

Устройство

Когда говорят о сварочных машинах и устройствах, чаще имеют в виду инверторные системы. В последнее время они считались образцами простоты. Но в последние годы резко возросла насыщенность электроникой. Их характеристики существенно возросли, работать инвертором стало эффективнее.

Функционал такого оборудования также расширился, несмотря на относительно стабильную и даже частично сниженную цену.

По электрической схеме сварочный инвертор достаточно близок к блокам питания, применяемым в компьютерах и ноутбуках. Причина проста: они решают схожие задачи. Раньше ключевой частью был трансформатор большой мощности.

Он отвечал за понижение входного напряжения и за снятие сильных (порядка сотен ампер) токов со вторичных обмоток. Этих свойств достаточно для решения типовых сварочных задач. Однако масса традиционных инверторов очень велика, и сварщики с радостью восприняли появление их облегченных альтернатив.

Ключевым компонентом являются транзисторы, подключенные к понижающим трансформаторам. Уменьшение размеров блока преобразования достигается очень простым путем, а именно вводится высокочастотная коммутация, достигающая до 80000 Гц. На мощность такое нововведение никак не повлияло.

Важно: напряжение все равно нужно поддерживать с помощью выпрямителя; он состоит из диодного моста и блока конденсаторов.

Но есть и другое устройство – сварочный полуавтомат. Не требует использования электродов. Но нужна проволока, плавящаяся в газовой среде. В состав самого полуавтомата входят:

  • устройство, подающее питание (уже упомянутый инвертор или выпрямитель);
  • блокировать натяжение шнура;
  • модуль горелки;
  • система контроля;
  • электрические кабели;
  • специальные шланги;
  • баки со сварочным газом;
  • катушки ниток.

Как работает?

Общее описание принципа работы инверторного устройства предельно просто. Внутри него ток высокой частоты преобразуется в определенную величину.

Общий процесс вкратце выглядит так:

  • преобразование переменного тока в постоянный ток;
  • снижение напряжения;
  • придает току высокую частоту (да, здесь он снова становится переменным);
  • снижение частоты, что позволяет значительно увеличить силу;
  • новое преобразование в постоянную форму электричества;
  • доводку силы тока до значения, определяемого особенностями задачи.

Можно даже подключить инвертор к обычной домашней электросети — он обеспечит нужные параметры.

Что касается действия сварочного полуавтомата, то оно организовано следующим образом:

  • к рабочему месту подводят провод;
  • поверхности нагреваются;
  • этот нагрев вызывает их деформацию;
  • газовая среда сохраняет достаточную степень защиты поверхностей от вредных факторов;
  • на аноде и на металле наблюдается разная поляризация – что по законам физики приводит к возникновению электрического разряда;
  • сварщики самостоятельно следят за поступлением необходимого количества проволоки и достижением оптимального результата.

Режимы работы

Сварочные аппараты профессионального и полупрофессионального классов часто работают в непрерывном режиме. Так называется их работа при стабильной нагрузке в течение времени, позволяющего достичь равномерной температуры. Важно: при этом температура окружающей среды не должна меняться. Ожидается, что преимущественно автоматизированное оборудование будет работать в течение длительного времени.

Есть и повторный кратковременный режим. Здесь тоже нагрузка обеспечивается на постоянном уровне, но уже за время меньшее, чем необходимо для достижения равномерной температуры. Это достигается периодическими отключениями. Важно: при таких отключениях устройство не должно остывать до температуры внешней среды. Во время остановки устройство обычно обесточивается.

Прерывистые программы типичны для полуавтоматической сварки. То же самое можно сделать с отдельными машинами. Чаще всего предполагается, что сварщик «варит» 60% времени, а остальное время отводится на вспомогательные манипуляции. Это когда техника «отдыхает». Но есть и другие тонкости, определяющие тип режима сварки.

На него также влияют:

  • количество сделанных проходов (это очень важно!);
  • скорость выполнения сварочных работ;
  • дуговое напряжение;
  • мощность электричества;
  • поляризация (в версии с постоянным током);
  • толщина используемой проволоки (или внешней части электродов);
  • химический состав этой проволоки или электродов;
  • геометрическая структура ребер;
  • тип покрытия электродного инструмента;
  • выполнение сварки.

Длина дуги должна быть выдержана на одном уровне по всей суставной поверхности. Укорочение этой дуги провоцирует возгорание металла. В тяжелых случаях электрод может прилипнуть. Если дуга слишком растянута, она может погаснуть, и пока она сохраняет видимую стабильность, плохо сваривает металл. Для проверки этого показателя опытные сварщики прислушиваются к раздающимся звукам.

 

Оцените статью
Блог об электричестве
Adblock
detector