Особенности сварочных инверторов

В настоящее время на рынке в большом количестве представлены инверторные свароч­ные инверторы, которые позволяют совершить качественный скачок в электросварке.Можно вспомнить проста неподъемные сварочные транс­форматоры и выпрямители, выпускавшиеся ранее. При про­чих равных вес сварочного инвертора на порядок меньше, чем у любого другого сварочного аппарата, а это заметно повышает производительность сварки.

Сварочные инверторы — это современные сварочные аппараты, которые в настоящее время почти полностью вы­тесняют на второй план классические сварочные трансфор­маторы, выпрямители и генераторы.

Принцип действия сварочного инвертора

Переменный ток от питающей сети частотой 50 Гц посту­пает на выпрямитель. Выпрямленный ток сглаживается филь­тром, затем полученный постоянный ток преобразуется ин­вертором с помощью специальных транзисторов в перемен­ный, но уже высокой частоты 20…50 кГц. Затем переменное напряжение высокой частоты понижается до 70…90 В, а си­ла тока соответственно повышается до необходимых для свар­ки 100…200 А. Высокая частота преобразования является ос­новным техническим решением, которое позволяет добиться колоссальных преимуществ сварочного инвертора, если срав­нивать с другими источниками питания сварочной дуги.

Устройство сварочного инвертора показано на рис.1, на котором обозначено:

УК — устройство контроля температуры, отключающее ин­вертор при перегреве;

В — сетевой выпрямитель;

Ф — фильтр;

ТП — транзисторный преобразователь напряжения;

ВВ — выходной выпрямитель;

ВИП — контролер входного напряжения, отключающий ин­вертор при слишком высоком или слишком низком напряже­нии в питающей сети;

УУ — устройство управления.

Упрощенная схема силовой части сварочного инвертора показана на рис.2. Как видно из рис.2, силовая часть вклю­чает в себя мостовой инвертор, работающий на высокочас­тотный трансформатор Т1, напряжение с которого выпрям­ляется диодами VD5 и VD6.

В инверторном сварочном аппарате сила сварочного то­ка нужной величины достигается путем преобразования высокочастотных токов, а не преобразованием напряжения низ­кой частоты 50 Гц, как это происходит в традиционных сва­рочных аппаратах. Предварительные преобразования элект­рических токов позволяют использовать трансформатор с очень малыми габаритами.

К примеру, чтобы получить в инверторе сварочный ток 160 А, достаточно трансформатора, масса которого 250 г, а в обычных сварочных аппаратах для этого необходим трансфор­матор с медной обмоткой и массой более 18 кг.

Преимущества сварочных инверторов

Главным достоинством инвертора является минимальный вес. Кроме того, возможность применять для сварки элект­роды как переменного, так и постоянного тока. Что важно при сварке цветных металлов и чугуна.

Инверторный сварочный аппарат имеет широкий диапа­зон регулировки сварочного тока. Это дает возможность для применения аргон с дуговой сварки неплавящимся электродом. Помимо этого в каждом инверторе есть функции:

• «Hot start» (горячий старт) для поджига электрода пода­ются максимальная величина тока;
• «Anti-Sticking» при коротком замыкании сварочный ток снижается до минимума, что не позволяет электроду за­липать при соприкосновении с деталью;
• «Arc Force» — для предотвращения залипания в момент отрыва капли металла ток возрастает до оптимального значения.

Технические преимущества:

• Высокий КПД — 85…95%.
• Высокий коэффициент мощности — 0,99.
• Минимальный расход дефицитных электротехнических ма­териалов.
• Широкий диапазон регулирования параметров режима — от нескольких ампер до сотен и тысяч. Сварочный инвер­тор имеет значительно более широкий, чем у обычного аппарата, диапазон регулировки сварочного тока, что осо­бенно важно при сварке тонкими электродами диамет­ром 1,6 или 2 мм. Дуга на малых токах «шепчет», брызгчет — не сварка, а одно удовольствие.
• Плавная регулировка сварочного режима в широком ди­апазоне токов и напряжений.
• Минимальные потери электрической энергии в сварочных кабелях и соединительных элементах.
• Небольшие габариты и масса, удобство переноски и до­ставки источника к месту сварки.
• Высокий уровень элекгробезопасности за счет использо­вания двойной изоляции.

Технологические преимущества:

• Сварка покрытыми электродами любых марок на посто­янном и переменном токе.
• Универсальность внешней статической характеристики, обеспечивающей ручную дуговую сварку покрытым эле­ктродом, неплавящимся в среде аргона, механизирован­ную плавящимся электродом в защитных газах.
• Стабильность зажигания дуги за счет высокого Uxx.
• Возможность сварки короткой дугой, уменьшающей энер­гопотери и улучшающей качество сварного соединения благодаря уменьшению зоны термического влияния.
• Качественное формирование шва во всех пространствен­ных положениях.
• Минимальное разбрызгивание при сварке.
• Возможность исключить магнитное дутье при сварке на постоянном токе.
• Сварка трудносвариваемых сталей и сплавов. Микропроцессорное управление сварочного инвертора обеспечивает устойчивую обратную связь тока и напряже­ния на дуге с выходными параметрами аппарата. При зажи­гании дуги аппарат генерирует дополнительный импульс то­ка (так называемый, «горячий старт»), а при коротком за­мыкании сварочный ток сразу отключается, то есть «примо­розить» электрод здесь практически невозможно.

Возможность сварки сложных металлоконструкций свар­щиками невысокой квалификации.

Недостатки сварочных инверторов

Из недостатков сварочных инверторов можно назвать вы­сокую стоимость (в 2-3 раза больше, чем у трансформато­ров). Если опыт сварщика достаточно высок или не требует­ся особого качества работ, то при покупке сварочного аппа­рата можно обойтись и меньшими деньгами.

Как и любая электроника, инверторы боятся пыли, поэто­му производители рекомендуют хотя бы раза два в год вскры­вать аппарат и удалять пыль. Если он работает на стройке или производстве, то чаще, по мере загрязнения. И как лю­бая электроника, сварочные инверторы не любят мороза.

Так, при температуре ниже минус 15°С эксплуатация ин­вертора возможна не во всех случаях, в зависимости от то­го, какие комплектующие использовал производитель. По­этому в таких условиях, нужно смотреть на технические ха­рактеристики, заявленные заводом-изготовителем.

Хранение сварочного инвертора в гараже также нежела­тельно (резкие перепады температур приводят к появлению конденсата на платах, что может повредить отдельные узлы). Проблема эксплуатации сварочных инверторов при темпе­ратурах ниже нуля, к сожалению, очень слабо освещена про­изводителями.

Ремонт традиционных сварочных аппаратов обычно де­шевле. При выходе их строя «сердца» инвертора (модуля IGBT) придется отдать от 1/3 до половины стоимости самого аппарата. Поломка происходит в случаях резкой перегруз­ки, например, когда сварщик пытается как можно быстрее разрезать очень толстый и прочный металл (например, рель­су), а также при больших скачках напряжения в питающей сети. В подобных случаях защита аппарата (тепловое реле) просто не успевает сработать.

И еще одно, длина каждого из сварочных кабелей при под­ключении сварочного аппарата не должна превышать 2,5 м, но к этому нужно просто привыкнуть.

После зажигании дуги напряжение от инвертора делится меж­ду проводами и дугой. Чем длиннее провод, тем больше его со­противление, а чем больше его сопротивление, тем больше бу­дет падение напряжения на них, а не на дуге. То есть получит­ся, что инвертор «не тянет», и дуга зажигается и туг же гаснет.

Можно увеличивать сечение провода, уменьшая, тем са­мым, сопротивление, но в конечном итоге вы все равно уп­ретесь в размеры клемм подсоединения к инвертору, и тог­да начнут гореть они. Производители оптимизируют все раз­меры и толщину стандартных проводов, так что «стандарт­ные» сварочные провода со стандартными клеммами и оп­тимальным сопротивлением как раз и будут до 2,5 м длины.

Чем выше напряжение, тем меньше потерь при переда­че одинаковой мощности по проводам того же сечения. Для передачи электрической энергии от розетки 230 В к инвертору с одинаковыми потерями потребуется гораздо меньший по толщине (и соответственно цене) провод, чем для более низкого напряжения на его выходе к дуге. Но тут также не стоит использовать провод меньшей толщины, чем подвод к розетке — все-таки сварочные аппараты, особенно в момент зажигания дуги, — это одна из самых больших нагрузок для бытовой проводки.

Передняя панель сварочного инвертора показана на рис.3.

Сварочные инверторы — качество и удобство сварочных работ

Дуговая сварка — ответственная работа. Для её проведе­ния сварщик должен обладать достаточным практическим опытом и знанием теории. Сварочные инверторы упростили процесс и решили многие возникавшие вопросы.

Первая решённая проблема — это поджигание дуги

У прежних сварочных трансформаторов выходное на­пряжение пропорционально зависит от входного. Низкое на­пряжение, распространённое в наших сетях, не даёт возмож­ности поджечь дугу, электрод начинает «залипать». Инвер­торы предотвращают «залипание» электродов и легко созда­ют устойчивую дугу.

При работе с обычными аппаратами возможно «пере­жечь» или «недожечь» металл. Это обусловлено тем, что они плохо держат требуемую величину тока сварки. Ведь она ме­няется и зависит от напряжения сети.

Когда металл «пережжён», сварочный шов ослабляется, в нём образуются отверстия и раковины. При «недожоге» так­же происходит ослабление шва. У сварочного инвертора ток задается по шкале сварочного тока и остаётся неизменным.

Начинающему сварщику трудно научиться удерживать ду­гу. После образования дуги электроду даётся наклон пример­но в 15°С, и его нужно перемещать относительно стыка дета­лей. Наклон может быть как в сторону движения электрода, так и в противоположную. Наряду с продольным движением его необходимо перемещать перпендикулярно шву. С этим связана длина дуги.

Основные виды электродов разработаны для работы с короткой дугой. Поэтому нужно постоянно двигать электрод в перпендикулярном направлении таким образом, чтобы от электрода до свариваемых деталей был промежуток при­мерно в два его диаметра.

Сварочные инверторы способны строго поддерживать за­данный ток, и к тому же он постоянный.

Эти факторы позволяют не особо критично относиться к длине дуги, что облегчает работу сварщика, особенно начи­нающего, причём качество шва в данном случае с длиной ду­ги уже не связано.

Когда нет возможности расположить детали горизонталь­но, нужно помнить, что расплавленный металл подвергается земному притяжению так же, как и капля веды.

При работе с потолочными и вертикальными швами нуж­но своевременно остановиться и выждать, когда расплавлен­ная капля внутри шва слегка остынет, и сразу же «поджи­гать» рядом следующую дугу, двигаясь выше и выше вдоль шва. Такую сварку называют «прихватками». Применяя сва­рочный инвертор, овладеть «прихватками» не составляет тру­да даже новичку.

Опыт показывает, что сварочный инверторы облегчают «поджиг», контролируют дугу, устраняют «залипание», не тре­буют специальных навыков для обращения с собой. Всё это делает инверторы выгодными для применения и в сфере про­фессионального строительства, и домашнего ремонта.

На что обращать внимание при выборе сварочного инвертора

Защита от скачков напряжения

Практически все сварочные аппараты инверторного ти­па имеют встроенную защиту от скачков напряжения. Опти­мальный уровень защиты — допустимо отклонение напряже­ния на ±20…25%. Т.е. при скачках напряжения в сети в ди­апазоне от 170 В до 270 В ваш аппарат будет защищен. Как правило, указанную защиту имеют дорогие модели для про­мышленного использования. У аппаратов для бытового при­менения этот показатель обычно составляет 10…15%.

Вентиляция

Пыль — это главный враг сварочного инвертора. В ос­новном пыль всасывается вентилятором охлаждения, без которого обойтись никак нельзя. Естественно, производите­ли придумывают различные способы вентиляции с целью уменьшения попадания пыли на наиболее чувствительные уз­лы. Одним из таких методов является туннельная вентиля­ция, когда радиатор располагается вдоль всего корпуса, а ос­новные узлы находятся внутри радиатора. Но это уж для очень грязных производств. В большинстве случае платить за супервентиляцию не стоит. Лучше всего просто снять корпус, после чего убрать пыль продувкой и мягкой кистью. Это самый надежный способ. Всем, у кого есть собственный настольный компьютер (у них похожая проблема), такая процедура должна быть знакома.

Наличие запасных частей

Поинтересуйтесь на сервисе наличием печатных плат (их отказ — это наиболее частая и дорогая поломка) на ин­тересующий вас аппарат. Если платы только под заказ, то это хороший признак, так как запчасть редко запрашивает­ся. Если сервис на вопрос о запчастях затрудняется сказать что-либо вразумительное: когда она может быть, цена, отку­да завозится и т.п., то от покупки лучше воздержаться.

Возможные неисправности сварочных инверторов и спо­собы их устранения приведены в таблице.

Неисправность	Причина неисправности	Методы устранения
Нестабильное горение дуги или сильное разбрызгивание металла при сварке	Неправильно подобран сварочный ток. Сила тока должна соответствовать рекомендуемым значениям, указанным на пачке электродов или 25-40 А на 1 мм диаметра электрода	Установите силу тока соответствующую диаметру электрода
Постоянное прилипание электрода, при правильном выборе силы сварочного тока	Низкое напряжение питающей сети, напряжение должно соответствовать 220 В ±15%	Приобрести стабилизатор напряжения мощностью не менее 3 кВт
	Не зажаты кабельные вставки в панельных гнездах	Зажмите их поворотом по часовой стрелке
	Сечение провода питающей сети менее 2,5 мм2	Используйте провод сечением не менее 2,5 мм2
	Подгорание контактов в соединениях питающей сети	Устраните причину подгорания контактов
	Чрезмерно длинный удлинитель — более 40 м	В данном случае лучше применять провод сечением не менее 4 мм2.
Сварки нет, хотя сварочный инвертор включен, индикатор сети горит	Нет контакта или плохой контакт зажима «массы» и детали	Восстановите контакт
	Обрыв сварочных кабелей	Восстановите целостность сварочных кабелей.
Отключение напряжения при сварке	Автоматический выключатель питающей сети неисправен или не соответствует номиналу по току (менее 25 А)	Поменяйте автоматический выключатель
Загорается индикатор перегрева при сварке	Превышен параметр «продолжительности нагрузки». Индикатор перегрева включается при нагреве свыше 80°С	Прекратите сварку и дайте аппарату остыть до отключения индикатора

Температурный диапазон эксплуатации инвертора

С температурой, которая выше нуля, все более-менее просто: чем выше окружающая температура, тем быстрее сработает защита аппарата. К тому же предельно допустимая для инвертора температура окружающей среды в +40°С — это достаточно редкое явления в наших широтах.

А вот работа при низких температурах — это скользкая тема. Внутренности инвертора — это различные микроконт­роллеры, транзисторы, конденсаторы и т.д. Каждый элемент имеет свой рабочий диапазон температур, разумеется, что чем шире диапазон, тем он дороже. А вот при каких тем­пературах все будет работать в сборе — это может и дол­жен сказать сам производитель. К сожалению, подобную ин­формацию часто трудно найти. Либо ее нет совсем, либо производитель делает ссылку на соответствие определенным стандартам.

В Европе это стандарт EN 60974-1 «Arc welding equip­ment. Part 1: Welding power sources». Аналогичный россий­ский — ГОСТ P МЭК 60974-1-2004. Указанные стандарты предполагают температуру эксплуатации при ручной дуговой свар­ке от -40°С до +40°С. Однако если производитель в паспор­те ссылается на указанный стандарт, то еще не факт, что ваш инвертор запуститься при -15°С и ниже. Желательно загля­нуть в каталог и на сайт производителя. В Европе каталог считается очень весомым документом (вспомните большие штрафы за недобросовестную рекламу).

В принципе, широко известно, что электроника не «лю­бит» температур ниже 0°С. У инвертора при предельно низ­ких температурах обычно загорается лампочка «перегрузка», и аппарат не запустится. Гораздо хуже, если аппарат все- таки заработает и нагреется, в результате чего, после его выключения, внутри образуется конденсат, что может быть опасным для некоторых узлов. Если в паспорте вашего ап­парата четко не указан температурный диапазон эксплуата­ции, то лучше воздержитесь от сварки на морозе.

Бытовой сварочный инвертор

При покупке не стоит опасаться термина «бытовой». По­нятия бытовой, профессиональный и промышленный инстру­мент пока не являются терминами юридически и техничес­ки унифицированными (да и вряд ли такое возможно). В то же время, брэндовые производители при классификации сво­ей продукции придерживаются примерно следующих правил: под термином «бытовой» понимают обычно непрерывную работу оборудования (инструмента) на протяжении 15…30 мин с дальнейшим перерывом примерно до одного часа. Профессиональный инструмент предполагает эксплуатацию с 8-часовым циклом, а промышленный (industrial) можно эксплуа­тировать в 3 смены с небольшими технологическими пере­рывами. Прочие технические характеристики бытового и про­фессионального инструмента практически одинаковы. Т.е. вы одинаково качественно сможете проварить шов как бытовым, так и промышленным аппаратами. Но длина шва за едини­цу времени работы бытового инвертора будет меньшей. В то же время вполне логично, что бытовой инструмент большой мощности и (или) для каких-либо специальных задач не выпускается, только профессиональный.

Рекламные уловки

Некоторые торговцы пытаются акцентировать внимание по­купателя на стандартных функциях инвертора: Hot start (горя­чий старт), Anti-Slicking (антиприпипание при выключении, эф­фект примерзания) и Arc-Force (форсаж дуги — антиприлипа­ние при сварке). Названные функции тесно связаны с инвер­торной технологией. Более того, инвертор, в частности, для то­го и изобретался. Поэтому «выпячивание» подобных плюсов носит сугубо рекламный характер (если не сказать хуже).

У инверторной технологии есть еще ряд других возмож­ностей, которые не всегда используются. Например, возмож­ность её использования для зарядки аккумулятора. К сожа­лению, её предоставляют не все производители, хотя техни­чески это несложно и недорого, а для стран СНГ было бы очень актуально.

Запас по мощности

Все данные по производительности сварочных аппара­тов приводятся из расчета 220…230 В в питающей сети. И даже если ваш аппарат рассчитан на работу в диапазоне 170…270 В — производительность его при 170 В будет зна­чительно ниже, чем при 230 В. То есть некий запас по мощ­ности очень даже пригодится. При нынешнем состоянии элек­троэнергетики, чтобы без проблем варить электродом 3 мм, надо брать аппарат с возможностью сварки до 4 мм.

Не всегда высокая цена соответствует хорошему качест­ву. Поскольку работающий сварочный инвертор можно со­брать дома или в гараже, то цена сварочного аппарата сильно зависит от серийности производства. Обычно, чем крупнее производитель, тем более интересную цену он может пред­ложить. Но всегда есть исключения. Поэтому для выбора дей­ствительно достойного сварочного аппарата лучше обратить внимание на другие косвенные признаки: наличие сервиса, каталогов, сайта, инструкций на языке страны покупки, чет­кость инструкции и т.п. Сертификат — это последний доку­мент куда надо смотреть (в 90% случаев производителем все равно будет Китай, даже если написано что-либо иное). Осо­бенно это касается российских торговых марок. Почти все российские торговые марки, присутствующие на Украине, — это таким образом «замаскированная» китайская продукция.

В зависимости от того, где будет работать сварочный ап­парат, нужно покупать бытовой или профессиональный инвер­тор. Разница между ними в продолжительности времени рабо­ты, как это уже указывалось ранее. Есть также промышленные инверторные сварочные аппараты, которые предназначены для работы продолжительное время в тяжелых условиях.

Для дома достаточно сварочного инвертора с максималь­ным сварочным током 160 А. Но это при напряжении в се­ти хотя бы 210 В. Поэтому при низком сетевом напряжении лучше купить инвертор на 200 А.

Практически все мировые лидеры в области сварочного производства ориентированы преимущественно на разра­ботку и производства инверторных сварочных источников пи­тания. Из наиболее известных производителей можно отме­тить итальянские Selco и Helvi, французский Gysmi, корей­ский Power Man, немецкий Fubag, также есть российский инверторный сварочный аппарат «Торус».

Автор: Петр Николаенко, г. Днепропетровск
Источник: Электрик №5/2016