Конструкция и схема сварочного инвертора: основные модули

29 октября 2015
Просмотров: 1645

Может показаться, что схема сварочного инвертора сложная, однако это компенсируется малыми габаритами аппарата. Несколько лет назад были популярны сварочные аппараты, построенные по трансформаторной схеме. Они обладали высокой надежностью, но при этом имели существенный вес. На смену трансформаторным аппаратам пришли инверторы. Правильное его название – инверторный сварочный аппарат. Он построен по схеме, в которой происходит несколько преобразований электрического тока.

Электрическая схема подключения сварочного инвертора

Электрическая схема подключения сварочного инвертора.

На первый взгляд это кажется очень сложным, но если вникнуть в суть процесса и немного разобраться, то в этих конструкциях нет ничего сверхъестественного. Сделать подобный “сварочник” можно и самостоятельно, для этого требуется лишь узнать, из каких основных частей он состоит. Желательно иметь перед глазами схему сварочного аппарата, чтобы ознакомление с ним было более простым.

Общий принцип работы

По такому же принципу работает блок бесперебойного питания, который используется в современных компьютерных системах. Питание всего оборудования производится от сети переменного тока 220 В. Далее переменное напряжение протекает по выпрямительному мосту. В результате получается постоянное напряжение. Однако избавиться от незначительных пульсаций все равно не получится с помощью одних только полупроводниковых элементов.

Устройство сварочного инвертора

Устройство сварочного инвертора.

Для этой цели применяется специальный блок фильтров, который в самом простом исполнении содержит следующие элементы:

  • электролитический конденсатор большой емкости;
  • дроссель – катушка с большим числом витков на сердечнике из металла или ферромагнетика;
  • обязательно производится установка постоянных сопротивлений для обеспечения быстрого разряда электролитических конденсаторов.

Блок фильтров позволяет произвести отсечку переменного тока, который все равно остается после процесса выпрямления.

На следующем этапе происходит преобразование электрического тока в переменный. Это осуществляется с помощью специальных сборок, построенных на IGBT-транзисторах. Данные элементы работают в режиме «ключ». Принцип функционирования такой же, как у электромагнитного реле, с одной лишь разницей – частота переключений в сотни и тысячи раз выше. Управление транзисторами происходит благодаря микроконтроллерам.

Основные элементы конструкции

Рассмотрим подробнее составные части инверторного сварочного аппарата и узнаем, как он работает. Дальнейшее описание позволит детально разобраться с этим сложным оборудованием.

Выпрямительный модуль

Внешняя панель сварочного инвертораа

Внешняя панель сварочного инвертора.

Это самый первый каскад, который позволяет проводить преобразование переменного напряжения в постоянное. В зависимости от того, к какой электросети производится подключение, он может состоять из:

  • четырех диодов (в случае питания от однофазной сети);
  • шести диодов (в случае питания от трехфазной сети).

Схема подключения этих элементов немного отличается, но в любом случае носит название «мостовая». Если вы занимаетесь самостоятельным изготовлением сварочного аппарата, необходимо особое внимание уделять выпрямителю. Его элементы должны обладать параметрами, которых будет достаточно для работы устройства в нормальном режиме. Причем желательно иметь небольшой запас (около 25%). Например, при потребляемом максимальном токе в 5 А нужно использовать элементы, рассчитанные на 6,25 А минимум (расчет производится путем умножения 5*0,25).

Модуль фильтров

При выпрямлении переменного тока останется небольшая пульсация. Чтобы избавиться от нее, потребуется установить между отрицательным и положительным полюсами электролитический конденсатор большой емкости. Принцип работы электролитического конденсатора заключается в следующем:

Функциональная схема источника питания инверторного сварочного аппарата

Функциональная схема источника питания инверторного сварочного аппарата.

  1. При протекании постоянного тока этот элемент (по закону Кирхгофа) заменяется разрывом. Другими словами, между «плюсом» и «минусом» ничего не будет.
  2. Если же протекает переменный ток, то по тому же закону электролитический конденсатор заменяется проводником (перемычкой). Из этого следует, что вся переменная составляющая исчезнет, поскольку для нее положительный и отрицательный выводы будут замкнуты.

Отсюда вывод: благодаря использованию конденсатора можно оставить только постоянный ток, при этом пульсации исчезнут полностью. Однако электролитические конденсаторы накапливают заряд, следовательно, представляют опасность и при выключении. Чтобы избавиться от накопленного заряда, требуется установить постоянное сопротивление параллельно электролитическому конденсатору.

В зависимости от того, какой тип микроконтроллера (или микросхемы) использован. Иногда питание двухполярное (имеется три вывода – «плюс», «минус», «общий»). Подключение блока питания производится к сети переменного тока.

Блок инвертора

Основная часть сварочного аппарата – вторая по сложности. Состоит из 16 мощных транзисторов, которые работают в ключевом режиме. Суть процесса заключается в том, чтобы совершить преобразование из 220 В с частотой 50 Гц и добиться напряжения 300 В с частотой свыше 50 000 Гц. Сделать это возможно лишь при использовании полупроводниковых ключей.

Транзисторы открываются и закрываются с огромной скоростью, в результате чего на выходе инвертора появляется напряжение с большой частотой. Это необходимо для одной главной цели – уменьшить габаритные размеры трансформатора. Если сравнить с трансформаторным сварочным аппаратом, вы увидите, что он очень тяжелый и большой. Во многом из-за низкой частоты тока. Чем выше этот параметр, тем меньше габариты трансформатора в преобразователе.

https://www.youtube.com/watch?v=bZlG5OzDhas

После инвертирования происходит выпрямление полученного высокого тока с напряжением порядка 70 В. Обычно в сварочных аппаратах выходное напряжение колеблется в интервале 40-80 В. Причем сила тока может регулироваться в широком диапазоне. Однако вся эта конструкция не сможет работать без одного главного узла – мозга системы на микроконтроллере. Принципиальная электрическая схема этого узла является наиболее сложной.

Система управления

Основа данного узла – микросхема, работающая по определенному алгоритму. Это может быть обычный логический элемент, на котором построен генератор сигнала прямоугольной формы. Сигнал необходим для управления схемы, составленной из полупроводниковых ключей. Благодаря этому происходит открывание и закрывание ключей. Для изменения характеристики выходного тока предусмотрен переменный резистор. Он изменяет частоту сигнала, вследствие чего происходит уменьшение или увеличение силы тока.

https://www.youtube.com/watch?v=UX81XigBgBY

В сварочном инверторе реализуется схема контроля силы тока, для чего на силовой части устанавливается специальный трансформатор, который подключается к микроконтроллерной системе. С помощью этого производится сверка реального значения с током уставки. При необходимости происходит корректировка. На передней панели также установлены светодиодные индикаторы, оповещающие о состоянии сварочного аппарата. Они подключаются к блоку управления устройством.

Дополнительные элементы сварочного аппарата

Вся система управления запитывается от постоянного напряжения значением 15 или 5 В.

В сварочном аппарате используется очень много полупроводниковых элементов, которые выпрямляют ток или производят его переключение. Побочный продукт работы – это тепло. И его необходимо уводить дальше от электронных компонентов. Для этой цели используются радиаторы, изготовленные из алюминия и его сплавов. Теплопроводность данного металла очень высокая, поэтому он используется для охлаждения.

https://www.youtube.com/watch?v=aqolpLBCac0

Однако в любом сварочном аппарате инверторного типа присутствует и принудительное охлаждение. Это вентилятор, крыльчатка которого направляет поток воздуха на корпусы всех радиаторов. Вентилятор один, поэтому его нужно располагать в корпусе сварочного аппарата таким образом, чтобы он мог при работе производить обдув всех элементов, подверженных высокому нагреву. Схемы подключения электродвигателя вентилятора к сети переменного тока 220 В.

Автор:
Оцените статью:
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (Нет голосов)
Loading...
КОММЕНТАРИИ