Устройство сварочного выпрямителя – начнем с теории (+ 6 видео)

Содержание

Устройство сварочного инвертора

Устройство сварочного выпрямителя – начнем с теории  (+ 6 видео)

Реальная практика ремонта электроники

В настоящее время стали очень популярны и доступны по цене сварочные аппараты инверторного типа.

Несмотря на свои положительные качества, они, как и любое другое электронное устройство, временами выходит из строя.

Чтобы отремонтировать инвертор сварочного аппарата нужно хотя бы поверхностно знать его устройство и основные функциональные блоки.

В первых двух частях будет рассказано об устройстве сварочного аппарата модели TELWIN Tecnica 144-164.

В третьей части будет рассмотрен пример реального ремонта сварочного инвертора модели TELWIN Force 165.

Информация будет полезна всем тем начинающим радиолюбителям, которые хотели бы научиться самостоятельно ремонтировать сварочные аппараты инверторного типа.

Дальше будет много букв – наберитесь терпения .

Сам инверторный сварочный аппарат представляет не что иное, как довольно мощный блок питания. По принципу действия он очень схож с импульсными блоками питания, например, компьютерными блоками питания AT и ATX. Вы спросите: «Чем они похожи? Это ведь абсолютно разные устройства…». Схожесть заключается в принципе преобразования энергии.

Основные этапы преобразования энергии в инверторном сварочном аппарате:

  • 1. Выпрямление переменного напряжения электросети 220V;
  • 2. Преобразование постоянного напряжения в переменное высокой частоты;
  • 3. Понижение высокочастотного напряжения;
  • 4. Выпрямление пониженного высокочастотного напряжения.

Это кратко, так сказать, на пальцах . Такие же преобразования происходят в импульсных блоках питания для ПК.

Спрашивается, а зачем нужны эти пляски с бубном (несколько ступеней преобразования напряжения и тока)? А дело тут вот в чём.

Ранее основным элементом сварочного аппарата являлся мощный силовой трансформатор. Он понижал переменное напряжение электросети и позволял получать от вторичной обмотки огромные токи (десятки – сотни ампер), необходимых для сварки.

Как известно, если понизить напряжение на вторичной обмотке трансформатора, то можно во столько же раз увеличить ток, который может отдать нагрузке вторичная обмотка.

При этом уменьшается число витков вторичной обмотки, но и растёт диаметр обмоточного провода.

Из-за своей высокой мощности, трансформаторы, которые работают на частоте 50 Гц (такова частота переменного тока электросети), имеют весьма большие размеры и вес.

Чтобы устранить этот недостаток были разработаны инверторные сварочные аппараты. За счёт увеличения рабочей частоты до 60-80 кГц и более, удалось уменьшить габариты, а, следовательно, и вес трансформатора.

За счёт увеличения рабочей частоты преобразования в 4 раза удаётся снизить габариты трансформатора в 2 раза.

А это приводит к уменьшению веса сварочного аппарата, а также к экономии меди и других материалов на изготовление трансформатора.

Но где взять эти самые 60-80 кГц, если частота переменного тока электросети всего 50 Гц? Тут на выручку приходит инверторная схема, которая состоит из мощных ключевых транзисторов, которые переключаются с частотой 60-80 кГц.

Но чтобы транзисторы работали, необходимо подать на них постоянное напряжение. Его получают от выпрямителя. Напряжение электросети выпрямляется мощным диодным мостом и сглаживается фильтрующими конденсаторами.

В результате на выходе выпрямителя и фильтра получается постоянное напряжение величиной более 220 вольт. Это первая ступень преобразования.

Вот это напряжение и служит источником питания для инверторной схемы. Мощные транзисторы инвертора подключены к понижающему трансформатору. Как уже говорилось, транзисторы переключаются с огромной частотой в 60-80 кГц, а, следовательно, трансформатор работает также на этой частоте.

Но, как уже говорилось, для работы на высоких частотах требуются менее громоздкие трансформаторы, ведь частота то уже не 50 Гц, а все 65000 Гц! В результате трансформатор «сжимается» до весьма малых размеров, а мощность его такая же, как и у здоровенного собрата, который работает на частоте 50 Гц.

Думаю, идея понятна.

Вся эта петрушка с преобразованием привела к тому, что в схемотехнике сварочного аппарата появляется куча всяких дополнительных элементов, служащих для того, чтобы аппарат стабильно работал. Но, хватить теории, перейдём к “мясу”, а точнее к реальному железу и тому, как оно устроено.

Устройство сварочного аппарата инверторного типа. Часть 1. Силовой блок

Разбираться в устройстве сварочного инвертора желательно по схеме конкретного аппарата.

К сожалению, схемы на TELWIN Force 165 я не нашёл, поэтому нагло позаимствуем схему из руководства по ремонту другого аппарата – TELWIN Tecnica 144-164.

Фотографии аппарата и его начинки будут от TELWIN Force 165, так как именно он оказался в моём распоряжении. Исходя из анализа схемотехники и элементной базы, особых отличий между этими моделями практически нет, если не учитывать мелочи.

Внешний вид платы сварки TELWIN Force 165 с указанием расположения некоторых элементов схемы.

Принципиальная схема сварочного аппарата инверторного типа TELWIN Tecnica 144-164 состоит из двух основных частей: силовой и управляющей.

Сначала разберёмся в схемотехнике силовой части. Вот схема. Картинка кликабельна (нажмите для увеличения – откроется в новом окне).

Сетевой выпрямитель

Как уже говорилось, сначала переменный ток электросети 220V выпрямляется мощным диодным мостом и фильтруется электролитическими конденсаторами.

Это нужно для того, чтобы переменный ток электросети частотой 50 герц стал постоянным. Конденсаторы С21, С22 нужны для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения, которые всегда присутствуют после диодного выпрямителя.

Выпрямитель реализован по классической схеме диодный мост. Он выполнен на диодной сборке PD1.

Следует знать, что на конденсаторах фильтра напряжение будет больше в 1,41 раза, чем на выходе диодного моста.

Таким образом, если после диодного моста мы получим 220V пульсирующего напряжения, то на конденсаторах будет уже 310V постоянного напряжения (220V * 1,41 = 310,2V).

Обычно же рабочее напряжение ограничивается отметкой в 250V (напряжение в сети ведь может быть и завышенным). Тогда на выходе фильтра мы получим все 350V. Именно поэтому конденсаторы имеют рабочее напряжение 400V, с запасом.

А что в железе?

На печатной плате сварочного аппарата TELWIN Force 165 элементы сетевого выпрямителя занимают довольно большую площадь (см. фото выше). Выпрямительный диодный мост установлен на охлаждающий радиатор.

Через диодную сборку протекают большие токи и диоды, естественно, нагреваются. Для защиты диодного моста на радиаторе установлен термопредохранитель, который размыкается при превышении температуры радиатора выше 90С0.

Это элемент защиты.

В выпрямителе применяются диодные сборки (диодный мост) типа GBPC3508 или аналогичный. Сборка GBPC3508 рассчитана на прямой ток (I0) – 35А, обратное напряжение (VR) – 800V.

После диодного моста установлены два электролитических конденсатора (здоровенькие бочонки) ёмкостью 680 микрофарад каждый и рабочим напряжением 400V. Ёмкость конденсаторов зависит от модели аппарата. В модели TELWIN Tecnica 144 – 470 мкф., а в TELWIN Tecnica 164 – 680 мкф. Постоянное напряжение с выпрямителя и фильтра подаётся на инвертор.

Помеховый фильтр

Для того чтобы высокочастотные помехи, которые возникают из-за работы мощного инвертора, не попадали в электросеть, перед выпрямителем устанавливается фильтр ЭМС – электромагнитной совместимости.

На английский манер аббревиатура ЭМС обозначается как EMC (ElectroMagnetic Compatibility).

Если взглянуть на схему, то фильтр EMC состоит из элементов С1, C8, C15 и дросселя на кольцевом магнитопроводе T4.

Инвертор

Схема инвертора собрана по схеме так называемого “косого моста”. В нём используется два мощных ключевых транзистора. В сварочном инверторе ключевыми транзисторами могут быть как IGBT-транзисторы, так и MOSFET.

Например, в моделях Telwin Tecnica 141-161 и 144-164 используются IGBT-транзисторы (HGTG20N60A4, HGTG30N60A4), а в модели Telwin Force 165 применены высоковольтные MOSFET-транзисторы (FCA47N60F). Оба ключевых транзистора устанавливаются на радиатор для отвода тепла.

Фото одного из двух транзисторов MOSFET типа FCA47N60F на плате TELWIN Force 165.

Снова взглянем на принципиальную схему и найдём на ней элементы инвертора.

Постоянное напряжение коммутируется транзисторами Q5 и Q8 через обмотку импульсного трансформатора T3 с частотой гораздо большей, чем частота электросети. Частота переключений может составлять несколько десятков килогерц! По сути, создаётся переменный ток, как и в электросети, но только он имеет частоту в несколько десятков килогерц и прямоугольную форму.

Для защиты транзисторов от опасных выбросов напряжения используются демпфирующие RC-цепи R46C25, R63C30.

Для понижения напряжения используется высокочастотный трансформатор T3. С помощью транзисторов Q5, Q8 через первичную обмотку трансформатора T3 (обмотка 1-2) коммутируется напряжение, которое поступает от сетевого выпрямителя (DC+, DC-). Это то самое постоянное напряжение в 310 – 350V, которое было получено на первом этапе преобразования.

За счёт коммутирующих транзисторов постоянное напряжение преобразуется в переменное. Как известно, трансформаторы постоянный ток не преобразуют.

Со вторичной обмотки трансформатора T3 (обмотка 5-6) снимается уже намного меньшее напряжение (около 60-70 вольт), но максимальный ток может достигать 120 – 130 ампер! В этом и заключается основная роль трансформатора T3.

Через первичную обмотку течёт небольшой ток, но большого напряжения. Со вторичной обмотки уже снимается малое напряжение, но большой ток.

Размеры этого самого трансформатора невелики.

Его вторичная обмотка выполнена несколькими витками ленточного медного провода в изоляции. Сечение провода внушительное, да и не мудрено, ток в обмотке может достигать 130 ампер! 

Далее со вторичной обмотки импульсного трансформатора переменный ток высокой частоты выпрямляется мощными диодными выпрямителями. С выхода выпрямителя (OUT+, OUT-) снимается электрический ток с нужными параметрами. Это и необходимо для проведения сварочных работ.

Выходной выпрямитель

Выходной выпрямитель собран на базе мощных сдвоенных диодов с общим катодом (D32, D33, D34). Эти диоды обладают высоким быстродействием, т. е. они могут быстро открываться и также быстро закрываться. Время восстановления trr< 50 ns (50 наносекунд).

Это свойство очень важно, поскольку они выпрямляют переменный ток высокой частоты (десятки килогерц). Обычные выпрямительные диоды с такой задачей бы не справились – они бы просто не успевали открываться и закрываться, нагревались и выходили бы из строя. Поэтому в случае ремонта заменять диоды в выходном выпрямителе следует именно быстродействующими.

В выпрямителе используются сдвоенные диоды марок STTH6003CW, FFH30US30DN, VS-60CPH03 (с ними мы ещё встретимся ). Все эти диоды являются аналогами, рассчитаны на прямой ток 30 ампер на один диод (60 ампер на оба) и обратное напряжение 300 вольт. Устанавливаются на радиатор.

Для защиты диодов выпрямителя используется демпфирующая RC-цепочка R60C32 (см. схему силовой части).

Схема запуска и реализация «мягкого пуска»

Для питания микросхем и элементов, которые расположены на плате управления, используется интегральный стабилизатор на 15 вольт – LM7815A. Он установлен на радиатор.

Напряжение питания на стабилизатор поступает с основного выпрямителя PD1 через два последовательно включенных резистора R18, R35 (6,8 кОм 5W).

Эти резисторы понижают напряжение и участвуют при запуске схемы.

Напряжение +15 со стабилизатора U3 (LM7815A) поступает на управляющую схему. Далее, когда схема управления и драйвер «раскачали» мощную схему инвертора, то на дополнительной вторичной обмотке трансформатора T3 (обмотка 3-4) появляется напряжение, которое выпрямляется диодом D11.

Через диод D9 напряжение питания поступает на интегральный стабилизатор LM7815A и теперь схема «запитывает» как бы сама себя. Вот такой вот хитрый «приём».

Выпрямленное напряжение после диода D11 также служит для питания реле RL1, охлаждающего вентилятора V1 и индикаторного светодиода D10 (Verde – “Зелёный”). Резисторы R40, R41, R65, R37 гасят излишки напряжения. Для стабилизации напряжения питания вентилятора V1 (12V) применяется 5-ти ваттный стабилитрон D36 на 12V.

Реле RL1 обеспечивает плавный запуск инвертора («мягкий пуск»). Разберёмся с этим подробнее.

В момент включения сварочного аппарата начинается заряд электролитических конденсаторов. В самом начале зарядный ток очень велик и может вызвать перегрев и выход из строя диодов выпрямителя. Чтобы уберечь диодную сборку от повреждения зарядным током применяется схема ограничения заряда (или «мягкого пуска»). Взглянем на схему.

Основным элементом схемы «мягкого пуска» служит резистор R4, мощность которого 8W (8 ватт). Сопротивление резистора – 47 ом. Именно на него возложена роль ограничения зарядного тока в первые моменты после включения.

После того, как заряд конденсаторов закончился, а инвертор начал работу в штатном режиме, электромагнитного реле RL1 замыкает контакты. Контакты реле шунтируют резистор R4, и в дальнейшем он не участвует в работе схемы, так как весь ток проходит через контакты реле. Таким образом реализован плавный запуск.

На плате инвертора TELWIN Force 165 также можно найти элементы схемы «мягкого пуска». В качестве реле RL1 выступает электромагнитное реле модели Finder на рабочее напряжение 24V (параметры контактов реле – 16A 250V~).

Итак, мы узнали о том, что сварочный инвертор состоит из сетевого выпрямителя 220V, мощного инвертора на транзисторах, понижающего трансформатора и выходного выпрямителя. Это силовые части схемы. Через них протекают огромные токи. Но где же «мозги» этого устройства? Кто управляет работой инвертора?

Об этом мы узнаем из следующей части нашего повествования. Читать далее.

» Мастерская » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Источник: https://go-radio.ru/ustroystvo-svarochnogo-invertora.html

Особенности работы трехфазного сварочного аппарата – Сварка Профи

Устройство сварочного выпрямителя – начнем с теории  (+ 6 видео)

Выпрямитель сварочный предназначается для питания электрическим током сварочного поста при ручной, электродуговой сварке. Его задача – преобразование тока переменной частоты в постоянный электрический разряд, необходимый для процесса плавления металла.

Устройство сварочного выпрямителя – начнем с теории

Бытовые сварочные аппараты – это выпрямители и инверторы малой мощности, со сравнительно низким номинальным сварочным током. Имея большую длительность паузы для охлаждения между периодами работы, они малоэффективны при выполнении больших объемов работ в промышленности и производстве. Единственная занимаемая такими агрегатами ниша – бытовое назначение, а также мелко-подрядный бизнес.

Классическая компоновка сварочного аппарата включает в себя:

  • понижающий трансформатор;
  • выпрямитель (мост из полупроводниковых элементов);
  • конденсаторный блок (для сглаживания пульсаций на выходе преобразователя).

Перед изготовлением или приобретением любого инструмента, будь это строительный уровень или перфоратор, а у нас сварочный аппарат, необходимо определить, какие виды работ он будет выполнять. От этого напрямую зависят массогабаритные показатели устройства, типоразмер используемого электрода и, соответственно, толщина листов свариваемого металла.

Наилучшие показатели по качеству выходящего тока имеют трехфазные аппараты, подключаемые к сети 380 Вольт. Ими можно дольше работать без перерывов для охлаждения, а также производить работы с более массивными стальными конструкциями в пределах 200-400 Ампер. Идеально подойдут для сварки контейнеров, ларьков, гаражных ворот. Это то, что нужно, для малого бизнеса.

Существенным недостатком является ограниченный доступ к питающей сети. Не все дачные поселки и гаражные общества могут похвастаться доступом к таким силовым коммуникациям. К тому же, сварочный аппарат, обладающий трехфазным трансформатором, будет в 1,5-2 раза тяжелее однофазного собрата.

Суммарный вес устройства с легкостью перевалит за сотню килограмм. Одному человеку такой вес не под силу, возникает необходимость монтировать колеса для передвижения или же использовать тороидальный трансформатор, который снизит общий вес на 20-40 процентов.

Но стоит учесть, что его придется наматывать самому.

Однофазный сварочный выпрямитель для сварки, смонтированный на однофазном трансформаторе, рассчитанном на сеть 220 Вольт, значительно легче. Его масса на 90 % зависит от веса понижающего трансформатора и будет в пределах 30-80 килограмм.

Данная техника может работать на токах 125-180 Ампер, обеспечивая качественный сварной шов при сварке несложных конструкций – ворот, навесов или ручной бетономешалки. Легкость и доступность электрической сети делают однофазные устройства крайне мобильными.

Ими можно работать не только на верхних этажах высоток, но и там, где электричества нет вообще, питаясь от бензинового генератора.

Самодельный сварочный выпрямитель для однофазной сети

Вспомним школьный курс физики и поговорим о теории. Переменный ток представляет собой синусоиду или волну, которая производит колебания с частотой 50 Гц. Это означает, что за 1 секунду электричество 25 раз течет в одном направлении и 25 раз в обратном. Для процесса сварки необходимо протекание электричества только в одном направлении.

Если цепь вторичной обмотки трансформатора дополнить полупроводниковым элементом, к примеру простейшим диод, то он будет пропускать электричество только в одну сторону, а значит мы получим постоянный ток. Однако он будет пульсирующим, с частотой 25 Гц, т.е. после каждой «волны» будет аналогичная по времени, безтоковая пауза, а это нас не устраивает.

Если диод поставить наоборот, то он будет пропускать поток электронов в другую сторону, так называемую обратную полуволну.

Поставив два диода по направлению друг к другу, между ними мы получим ток, представляющий собой волны, возрастающие от нуля до максимального значения напряжения, на которое рассчитана вторичная обмотка трансформатора и спадающие до нуля, после достижения которого начнется новая волна.

Таким образом получается положительный полюс источника тока, отрицательный полюс будет располагаться в центре вторичной обмотки трансформатора. Именно поэтому данная схема применима только, если у силового трансформатора есть соответствующий вывод.

Если мы наматываем трансформатор самостоятельно, то вывод можно сделать, остальные случаи заставят нас частично разбирать обмотку, что нежелательно.

 Преимущество данной схемы – это малое количество используемых полупроводников, их всего два, а также то, что вторичная обмотка устройства разделена на две части, и, по сути, половину времени работы задействована одна часть обмотки, а другую половину – другая.

Самым распространенным вариантом рассматриваемых двухполупериодных схем выпрямления является мостовая. Она представляет собой квадрат, в каждую из сторон которого включен диод. С двух противоположных углов квадрата снимается постоянное напряжение, а на два других оно подается со вторичной обмотки трансформатора.

 Преимущество такого выпрямителя – это отсутствие необходимости выводить отдельный провод со вторичной обмотки, недостатком же является использование аж четырех полупроводниковых вентилей.

Обе вышеупомянутые схемы, без дополнительной конденсаторной батареи, на выходе будет иметь среднее напряжение меньшее чем выходящее со вторичной обмотки.

  • Ucp=2*Uво/pi;
  • где: Ucp – действующее среднее значение напряжения;
  • Uво – напряжение на вторичной обмотке трансформатора;
  • pi – константа, число Пи (3,14).

Соответственно, ток сварки будет меньше, отсюда и меньший диаметр применяемого электрода и толщины свариваемого металла. Для уменьшения колебания напряжения на выходе сварочный выпрямитель, собранный своими руками, должен иметь параллельно включенный нагрузке конденсатор, расчет его параметров приведен ниже:

Время зарядки конденсатора:

  • t(зар)=(arccos(Umin/Umax))/(2*pi*f);
  • где t(зар) – время зарядки конденсатора.
  • Umin – минимальное значение, до которого разрядится конденсатор (выбираем сами, исходя из колебаний напряжения на выходе, примем равным 30 В);
  • Umax – амплитудное сетевое напряжение (Umax = 1,41* Uво=1,41*25=35,25 В);
  • f – частота сети, 50 Гц;
  • t(зар)=(arccos(30/35,25))/(2*3,14*50)=0,00176 секунд.

Определяем время разрядки конденсаторной батареи:

  • t(раз)=T-t(зар);
  • где Т=0,01с (для данных схем выпрямления);
  • t(раз)=0,01-0,00176 = 0,00824 с.

Находим ток нагрузки, на который рассчитан наш сварочный аппарат, его можно взять из расчета трансформатора или же определить по старой школьной формуле:

  • Iнагр= Uво/R;
  • где R – сопротивление цепи сварки, для расчета можно принять равным в пределах 0,13-0,18 Ом;
  • Iнагр= 25/0,18=139 А.

Определяем емкость конденсатора, на которой за время t(раз) при токе нагрузки Iнагр напряжение уменьшится с Umax до Umin:

  • C=Iнагр*t(раз)/(Umax-Umin);
  • C=139*0,00824/(35,25-30) = 0,217 Ф = 217 000 мкф.

Для выбора конденсатора важно знать и пиковый зарядный ток, находим его:

  • Ipic=C*(Umax-Umin)/t(зар);
  • Ipic=0,217*(35,25-30)/0,00176=647 А.

Осталось определить среднеквадратичное значение импульсного тока через конденсатор, оно вычисляется по формуле:

  • Isi=√(I(зар)²+I(разр)²);
  • где I(зар) — среднеквадратичный ток через конденсатор на цикле заряда;
  • I(разр) — среднеквадратичный ток через конденсатор на цикле разряда.
  • I(зар)=Ipic*√((t(зар)/T)/3);
  • I(зар)=647*√((0,00176/T)/3)=156,7 А;
  • I(разр)=Iнагр*t(раз)/T;
  • I(разр)=139*0,00824/0,01=114,5 А.

Итак, имеем:

  • Isi=√(156,7²+114,5²)=194 А.

Рассчитанная нами емкость достаточна велика, единичного электролита на такую емкость не найти, а если собирать батарею, то она будет внушительных размеров. Есть смысл поставить батарею меньшей емкости, но при этом падение напряжения между волнами будет больше.

Выбирая конденсатор, ориентируйтесь сначала на значение Isi, а уже после на его емкость. Isi показывает, успеет ли зарядиться конденсатор за время прохождения тока, если нет, то ставить конденсатор вообще бессмысленно.

 Если электролита необходимой емкости нет, то ставим несколько, соединяя их параллельно.

Схема сварочного выпрямителя, работающего от трехфазной сети

Выпрямители, построенные для питания от трехфазной электрической сети, имеют меньшую пульсацию выходного напряжения, благодаря тому, что фазы сети перекрывают друг друга, и напряжение не опускается до нуля.

 Один из вариантов построения трехфазного выпрямителя – это включение в каждую фазу, за обмоткой трансформатора, полупроводникового элемента, по направлению от обмотки.

Далее эти выходы от диодов коммутируются в один вывод – положительный полюс источника питания, отрицательным полюсом является нулевой вывод с обмоток трансформатора.

Диодный мост пропускает только одну полуволну от каждой фазы, смещенную на 120 электрических градусов относительно друг друга.

Пульсации у данной схемы в три раза чаще, чем у схем с одним включенным диодом, но амплитуда колебаний значительно меньше.

Преимущества такой конструкции – это использование всего трех полупроводников, а вот недостаток все тот же – нулевой вывод с обмотки трансформатора, а значит соединение обмоток питающего трансформатора только по схеме «звезда».

Диоды располагаются последовательно один за другим, а между ними к цепи подключается фаза трансформатора. Выходы с полупроводников после каждой фазы соединяются, образуя положительный полюс источника питания.

Соединив входы диодов, располагающиеся до соединения цепи с фазой, получим отрицательный полюс.

Такая схема идеальна с точки зрения изготовления сварочного выпрямителя своими руками без дополнительных электронных составляющих.

Вводить в цепь параллельно нагрузке конденсатор можно, но не целесообразно, качество напряжения на выходе и так высокое.

Еще одним преимуществом данной схемы является возможность соединять обмотки, как по схеме «треугольник», так и по схеме «звезда», не используя «нулевой» провод.

Многопостовые сварочные выпрямители – считаем рабочие места

Трехфазные сети также позволяют подключать многопостовые сварочные аппараты. Мощности бытовой, однофазной сети на 220 Вольт попросту не хватит для столь мощной нагрузки. Для обеспечения работы всех постов выпрямители имеют жесткую внешнюю Вольт-Амперную характеристику. Каждый вывод для сварки имеет собственный реостат и дроссель, для индивидуальной регулировки.

Их преимущество в меньших затратах на обслуживании оборудования, а сфера применения – сварочные площадки с большим объемом работы.

Это могут быть строительные площадки, на которых производится монтаж сложных металлоконструкций или судостроительные верфи. То есть область применения промышленность, но никак не быт.

 Количество подключаемых сварочных постов для многопостового выпрямителя рассчитаем по формуле:

  • n= Iвыпр/k* Iнагр;
  • где Iвыпр – номинальный ток, на который рассчитан выпрямитель;
  • Iнагр – ток, необходимый для одного поста;
  • k – коэффициент, учитывающий одновременную работу постов, для механической сварки берется в пределах 0.5-0.7.

Сварочный выпрямитель своими руками

Выпрямитель для сварочного аппарата строится вокруг полупроводниковых элементов, суть которых – пропускать электрические потоки только в одном направлении. На сегодняшний день использовать в схемах выпрямления можно три устройства:

  • диод (самый лучший, потому что самый простой, при его использовании в схему выпрямительного устройства не надо вводить блоки управления);
  • тиристор (для протекания тока он должен получить сигнал от системы управлении, когда проходящий ток опускается до нуля или напряжение на нем становится меньше, чем в следующей фазе, вентиль запирается);
  • транзистор (полностью управляемый «вентиль», для открытия и закрытия которого необходимо подавать сигнал на управляющий электрод, к тому же, самый дорогостоящий элемент).

Использовать диод лучше всего, подумаете вы, он проще и удобней в эксплуатации. Однако есть одна особенность, при использовании диодов электрическая цепь потребует введения резистора, для регулирования силы тока.

При использовании транзистора или тиристора регулировка напряжения может осуществляться блоком управления, через задержку открытия-закрытия «вентилей», уменьшая напряжение на выходе выпрямителя и тем самым снижая ток.

Источник: https://fgpip.ru/instrumenty/osobennosti-raboty-trehfaznogo-svarochnogo-apparata.html

Устройство сварочного выпрямителя и принцип работы

Устройство сварочного выпрямителя – начнем с теории  (+ 6 видео)

Среди различных аппаратов для электродуговой сварки выделяются устройства, способные не только повышать силу тока, необходимую для плавления кромок металлов, но и выравнивать переменную частоту напряжения до постоянного значения.

Это позволяет лучше формировать швы, уменьшает разбрызгивание жидкого металла, и дает более прочное соединение. Называется такой агрегат — сварочный выпрямитель.

Как он устроен и за счет чего происходит преобразование тока? Какие разновидности аппаратов существуют?

Выпрямитель — что это такое?

Сварочный выпрямитель — это аппарат, состоящий из нескольких блоков, в которых входящее напряжение понижается (V), и преобразовывается. Одновременно увеличивается величина А. В результате, на выходе получается постоянный ток достаточной силы, чтобы производить сварку стали и цветных металлов.

К выходящим клеммам устройства подсоединяются два кабеля (+ и -), один из которых крепится к свариваемому изделию, а второй заканчивается держателем или горелкой. В зависимости от конкретного полюса крепления к свариваемым частям определяется полярность и режим выполнения работы. Сварка происходит за счет замыкания дуги между соединяемой поверхностью и концом плавящегося электрода.

Преимущества использования

Эксплуатация выпрямителей в производстве при сварочных процессах дает несколько преимуществ перед обычными трансформаторами:

  • более стабильное горение дуги;
  • малое количество брызг расплавленного присадочного и основного металла;
  • ровная поверхность шва с мелким чешуйчатым рисунком;
  • лучшая свариваемость цветных и легированных металлов;
  • экономия расходных материалов.

Применение выпрямителей

Устройства с постоянным током большой силы позволяют проводить сварочные работы покрытыми электродами на многих видах стали. В зависимости от возможностей регулировки, некоторые агрегаты способны сваривать металлы до 50 мм толщины (с разделкой кромок). При обратной регулировке выпрямителя, сварщик способен выполнять соединения на тонких изделиях с толщиной стенки 1 мм.

Сварочное устройство способно плавить как кромки основного металла, так и стержни электродов. Диаметр последних бывает от 2 до 6 мм. Кроме покрытых электродов выпрямители могут работать с присадочной проволокой, подающейся с катушки. Для этого их активно внедряют в полуавтоматы.

Преобразователи сварочного тока используются и для сварки неплавящимися электродами (вольфрамовыми, угольными). В этом случае сварочную ванну защищают инертными газами, подающимися в горелку через кабель-канал. Так, используя сварочный выпрямитель, можно сваривать чугун, нержавейку, и малоуглеродистую сталь.

Кроме сварки, агрегаты применяются для разрезания металлов электрической дугой. Данное действие возможно благодаря увеличению силы тока, которая прожигает сталь, не позволяя краям отверстия сходиться вновь. В отличие от трансформаторов, преобразователи с постоянным током позволяют экономить электроды при одинаковом объеме работ.

Устройство и принцип работы

Устройство сварочного выпрямителя включает в себя несколько блоков, обеспечивающих выполнение рабочего процесса. Основные элементы агрегата следующие:

  • понижающий трансформатор;
  • диоды;
  • охлаждающий модуль;
  • измерительные приборы;
  • регуляторы тока.

Принцип работы выпрямителя заключается в подаче перемененного тока на первичную обмотку понижающего трансформатора. За счет электромагнитной индукции на вторичной обмотке создается поток напряжения с уменьшенным значением V, и возросшей силой тока А. Холостой ход работы аппарата не должен превышать 48V.

Это напряжение поступает на диоды. В качестве последних используются кремниевые элементы. Диод является полупроводником, обеспечивающим прохождение тока только в одну сторону. Это устраняет колебание его частоты и в зону сварки подается уже постоянное напряжение.

Поскольку диоды при этом нагреваются, то рядом с ними располагаются радиаторы и вентилятор. Постоянный обдув холодным воздухом позволяет увеличить продолжительность активной работы устройства, без перерыва на охлаждение.

Для контроля характеристик тока в систему устанавливаются амперметр и вольтметр. Многие модели снабжаются датчиком перегрева. При превышении показателей V срабатывает блок защиты, отключающий возможность сварки.

Чтобы настраивать силу тока в соответствии с толщиной свариваемого соединения используется несколько видов регулировки.

Способы регулировки тока в выпрямителях

Чтобы изменять значение ампер в сварочном преобразователе предусмотрено несколько вариантов управления. Большинство выпрямителей имеют ступенчатую регулировку за счет секционированного подключения первичной обмотки. Такой переключатель ставится в виде рукоятки, с двумя или тремя положениями.

Если требуется сразу повысить силу тока до возможности производить сварку толстых пластин или резку, то часть первичной обмотки «отсекается», и ток идет по укороченной схеме.

Для возвращения напряжение в обратную сторону схема переключается на более длинную часть первичной обмотки, и сила тока становится меньше, что удобно для сварки тонких листов.

Кроме грубой регулировки, воздействующей на трансформатор, в выпрямителях применяется тонкая настройка при помощи дросселя насыщения. Он устанавливается между кремниевыми диодами (выпрямляющим блоком) и понижающим трансформатором. Дроссель представляет собой ряд катушек, через которые проходит напряжение. Переключая рычаг управления, изменяется длина пути тока в обмотках и его сила.

Большинство моделей преобразователя имеет рукоятку на крышке корпуса, которая приводит в движение винтовой вал и платформу со вторичной обмоткой трансформатора. Изменение расстояния между обмотками также служит способом регулировки силы тока.

Самым эффективным для изменения сварочного напряжения является тиристорный блок. Его внедрение в схему позволяет контролировать длину подачи напряжения и его воздействие на металл. Благодаря тиристорам можно моделировать жесткую, пологопадающую и крутопадающую характеристики тока.

Разновидности аппаратов

Выпрямители для сварки имеют несколько разновидностей по типу подключения диодов и параметрам входящего напряжения. Их можно разделить на:

  • однофазные (с однополупериодной конструкцией, полумостовой и полномостовой);
  • двухфазные (с последовательным и параллельным подключением мостов);
  • трехфазные (с количеством от 6 до 12 диодов в параллельных и последовательных схемах).

Из часто встречающихся на производстве выпрямителей применяют трехфазные модели, позволяющие работать с металлами разной толщины, и выполнять не только сварку, но и резку материалов.

Встречаются и многопостовые аппараты, дающие возможность подсоединять к ним до шести электрододержателей одновременно.

Чтобы обеспечить индивидуальные условия для каждого рабочего, в схему включают защиту от индукции и балластный реостат, для регулировки тока на месте.

В быту выпрямители применяются в составе сварочных инверторов. В этих аппаратах понижающий трансформатор изменяет силу тока, после чего выпрямляющий блок производит постоянное напряжение.

Далее оно преобразуется обратно в переменное, но с очень высокой частотой. И хотя сварка такими устройствами выполняется на переменном токе, благодаря его модернизации, получаются качественные и ровные швы.

Инверторы отличаются компактностью и легкостью.

Обслуживание и ремонт

Чтобы выпрямитель для сварки хорошо работал, требуется проводить грамотное обслуживание аппарата и своевременный ремонт.

В первое, включается проверка всех токопроводящих частей на сохранность изоляции, надежность крепления клемм, и удаление пыли с внутренних элементов. Перед введением в эксплуатацию аппарат должен быть заземлен.

Винт для регулировки хода вторичной обмотки требуется периодически смазывать. Запрещается работать с выпрямителем без защитного кожуха.

Из самых частых поломок встречается перегрев и сильный гул аппарата. Если наблюдаются такие симптомы, то это может означать:

  • крыльчатка вентилятора не соответствует требуемой величине и ее необходимо заменить;
  • заклинил вал вентилятора охлаждения;
  • замкнула первичная обмотка трансформатора, которую следует перемотать;
  • нарушена изоляция листов сердечника или его шпилек.

Среди других распространенных поломок выпрямителя требующих ремонта — понижение выходного напряжения. Это могло произойти из-за замыкания или обрыва во вторичной обмотке. Если магнитный пускатель включается на одну секунду и отключается, то причина кроется в неработающем диоде, или замыкании тока на кожух аппарата.

Выпрямитель позволяет производить сварочные работы с получением более качественных швов на различных металлах. Благодаря преобразованию тока от трансформатора в постоянное напряжение, возможна сварка и резка устойчивой дугой, и экономией расходных материалов.

Поделись с друзьями

1

0

0

0

Источник: https://svarkalegko.com/oborudovanie/chto-takoe-svarochnyj-vypryamitel-i-kak-on-rabotaet.html

Что такое сварочный выпрямитель?

Устройство сварочного выпрямителя – начнем с теории  (+ 6 видео)

Время чтения: 7 минут

Сейчас в магазинах можно найти сварочник на любой вкус и кошелек. Производители предлагают купить сварочные трансформаторы, инверторы, полуавтоматы и, конечно, выпрямители.

Начинающий сварщик сталкивается с рядом трудностей при выборе своего первого сварочного аппарата, поскольку не может разобраться в таком большом ассортименте.

Мы уже рассказали вам про инверторы, трансформаторы и полуавтоматы. Настало время поговорить про выпрямители.

Из этой статьи вы узнаете, что представляет собой сварочный аппарат выпрямитель, каков принцип его работы и какие плюсы/минусы есть у данного типа аппарата. Вы также узнаете о некоторых особенностях применения выпрямителя.

Общая информация

Выпрямитель для сварки — это один из классических типов сварочного оборудования наравне с трансформатором. Он применяется уже ни одно десятилетие и сумел в полной мере раскрыть все свои достоинства и недостатки. Основная функция выпрямителя — преобразование переменного тока в постоянный, чтобы использовать его для поджига дуги и дальнейшего формирования шва.

Стандартный выпрямитель для ММА сварки (ручная дуговая сварка с использованием электрода с покрытием) состоит из силовой части (чаще всего трансформатора), выпрямительного блока, а также из компонентов, выполняющих роль защиты, запуска и регулировки аппарата.

Это простейшее описание, по которому можно понять устройство сварочного выпрямителя. Конечно, на деле все гораздо сложнее. Каждый компонент, будь то силовой трансформатор или выпрямительный блок, состоит из множества дополнительных элементов.

Но, несмотря на кажущуюся сложность устройства аппарата, он все еще гораздо надежнее инвертора или полуавтомата. А все потому, что в его основе не используются электронные компоненты.

А ведь именно они чаще всего выходят из строя, если вы используете инвертор.

Феноменальная надежность — это основное достоинство выпрямителя по сравнению с другими аппаратами (не считая сварочного трансформатора).

При желании можно собрать сварочный выпрямитель своими руками в домашних условиях. Конечно, если вы обладаете достаточными навыками. Тем более, схема сварочного выпрямителя есть в открытом доступе и ее несложно найти при необходимости.

Существует много разновидностей сварочных выпрямителей. Основные отличия заключаются в их силовой части.

В продаже есть выпрямители на основе трансформатора, с дросселем, с тиристорами, с транзисторами и даже есть инверторный выпрямитель.

У каждого типа есть свои достоинства и недостатки, но на деле больших отличий при использовании вы не заметите. Так что выбирайте аппарат исходя из технических характеристик и стоимости.

Принцип работы

Принцип работы сварочного выпрямителя можно описать довольно просто. Сначала аппарат понижает получаемое напряжение сети 380В до параметра напряжения холостого хода. Затем он преобразовывает переменный ток в постоянный. И в конечном итоге производится регулировка сварочного тока. Можно приступать к сварке.

В этом смысле трансформаторы и выпрямители очень похожи. Отличие заключается в типе получаемого тока: трансформатор использует для сварки переменный ток, а выпрямитель — постоянный.

В остальном оба аппарата похожи. При этом варить на постоянном токе гораздо проще, чем на переменном. Поэтому трансформатор — это тот же выпрямитель, только еще более сложный в применении.

Достоинства и недостатки

Преимущества сварочных аппаратов-выпрямителей в основном заключаются в большой надежности агрегата. Аппарат может использовать практически в любых условиях, даже если вокруг грязь, пыль и прочие «недруги», способные на раз-два уничтожить инвертор. Также с помощью выпрямителя можно выполнять сложные сварочные работы. Например, варить нержавеющую сталь или цветной металл.

При умелом поджиге дуга  горит очень стабильно и позволяет вести аккуратный шов. Также выпрямитель можно использовать для большинства ходовых сварочных технологий, начиная от MMA, заканчивая TIG, MIG, MAG технологиями.

 Еще один немаловажный плюс — это возможность организации сразу нескольких сварочных постов от одного аппарата. Это значит, что вы сразу несколько человек могут варить, используя один лишь выпрямитель.

Такой аппарат называется выпрямитель сварочный многопостовой и применяется на производстве.

Недостатки у такого аппарата тоже есть, и порой они критичны. Первое, что вам нужно знать — выпрямитель очень тяжелый и неповоротливый.

У вас не получится в одиночку закинуть его в багажник и отвезти на дачу. Также могут быть трудности с транспортировкой аппарата на стройплощадку.

Еще один минус — это высокая стоимость комплекта оборудования. Сам выпрямитель стоит не очень дорого, а вот сопутствующее ему оборудование может оказаться не по карману. Впрочем, об этом мы подробнее рассказываем далее. Также учитывайте, что выпрямитель потребляет очень много электроэнергии, и вы можете быть не готовы к большим счетам.

Последний минус, который можно назвать одновременно плюсом — это необходимость высокой квалификации для формирования качественного шва. Если вы новичок, то будьте готовы к годам постоянной практики. С другой стороны, если вы научитесь варить выпрямителем, то после него сможете варить чем угодно. И это несомненное достоинство.

Особенности использования

Первое, на что нужно обратить внимание, если вы хотите использовать выпрямитель в быту — это напряжение вашей электросети. Вряд ли оно превышает 220В, а зачастую цифра даже меньше.

Конечно, в продаже существуют аппараты, способные работать от напряжения 220В, но они встречаются редко. Большинство выпрямителей требуют 380В для полноценной работы. Такую электросеть еще называют промышленной трехфазной.

Чтобы решить эту проблему, необходимо использовать генератор, выдающий 380В.

Отсюда вытекает главный недостаток выпрямителя. Это мощный аппарат, дающий вам множество возможностей, который при этом стоит не очень дорого.

Но для его работы придется докупать недешевый генератор и каждый раз возиться с подключением.

Именно по этой причине многие новички предпочитают купить маломощный инвертор и включить его в розетку, вместо того, чтобы мучиться с трансформатором или выпрямителем.

Также учитывайте, что для стабильной работы недостаточно просто подключить выпрямитель к 380В и приступить к работе. Выпрямитель (как и трансформатор) очень требователен к самой электросети. Она должна быть не просто стабильна, но и иметь запас по мощности. Это необходимо для поджига дуги и ее стабильного горения.

Также учитывайте, что с выпрямителем не так просто поджечь дугу, даже если с напряжением в сети все отлично. Здесь важно иметь навык или просто много практиковаться. Выпрямитель не оснащен дополнительным функционалом вроде форсажа дуги или горячего старта. Так что вам придется поджигать дугу, опираясь на свой опыт и навыки.

Источник: https://svarkaed.ru/oborudovanie-dlya-svarki/apparaty/po-istochniku-toka/chto-takoe-svarochnyj-vypryamitel.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.