Зварювальний інвертор - як вибрати

Перед подачею на інвертор мережна напруга випрямляється і згладжується фільтром, що складається з дроселя і накопичувального конденсатора C1. Напруга на виході випрямляча пульсує з частотою 300 Гц при живленні від трьох фаз (як це зображено на Малюнку 1) та 100 Гц при живленні від однієї фази. Ці пульсації частково згладжуються дроселем, але струм на його виході залишається пульсуючим. Накопичувальний конденсатор заряджається в ті інтервали часу, коли цей струм близький до максимального, і розряджається, живлячи інвертор в час що залишився. Величина ємності накопичувального конденсатора має бути достатньою для забезпечення максимального струму, що споживається інвертором, який, у свою чергу, визначається максимальним зварювальним струмом та коефіцієнтом трансформації трансформатора Т. Комутатор інвертора на транзисторах VT1 та VT2 перемикає полярність струму в первинних обмотках трансформатора із частотою від одиниць до десятків кілогерц. Трансформатор Т понижаючий, він знижує напругу до 50 - 80 В (амплітудного значення) у режимі холостого ходу, і, відповідно, підвищує струм у робочому режимі. На виході змінний струм високої частоти згладжується фільтром L2 C2. Місткість конденсатора C2 значно менше C1, так як частота пульсацій на ньому значно вища. Конденсатори є суттєвими елементами інверторів, і підбір їх характеристик впливає на ефективність роботи пристрою.

Малюнок 1

При подачі сигналу на базу транзистора VT1 відмикається колекторний ланцюг, і по первинній обмотці трансформатора Т в інтервалі часу t1 протікає струм у напрямі, показаному тонкою лінією. При знятті сигналу з бази цей струм припиняється. З деякою затримкою відмикається транзистор VT2, при цьому в інтервалі часу t2 струм по трансформатору йде вже в іншому напрямку, показаному пунктиром. Таким чином, первинною обмоткою трансформатора йде змінний струм. Тривалість його періоду Т та частота змінного струму f = 1/Т залежить від частоти запуску транзисторів, яка визначається системою управління. Зазвичай частота встановлюється лише на рівні 1-100 кГц. Оскільки ця частота залежить від частоти мережі, такий інвертор називають автономним. Іноді інвертор конструктивно поєднують з трансформатором Т, випрямляючим блоком V2 та фільтром L2-C2. Такий пристрій називають конвертором, у нього на виході, як і на вході, постійна напруга, але меншої величини.

Якщо на вході інвертора встановлено потужний накопичувальний конденсатор С1, напруга інвертора U1 має прямокутну форму, як показано на малюнку 2. Таку конструкцію називають автономним інвертором напруги (АІН). Якщо на вході інвертора встановити потужний дросель L1, а обмотку трансформатора Т шунтувати конденсатором, то буде вже згладжений вхідний струм. Такий перетворювач називається інвертором струму (АІТ). Зрештою, можлива конструкція, в якій завдяки наявності послідовно з'єднаних конденсаторів індуктивності та ємності утворюється коливальний контур із синусоїдальним струмом, вона названа резонансним інвертором (АІР).

Інвертор - це пристрій, що перетворює постійну напругу на високочастотну змінну.

Конвертор - пристрій для зниження або збільшення постійної напруги, іноді з проміжною високочастотною ланкою.

Регулювання режиму зварювання здійснюється кількома способами.

Малюнок 2

Наприклад, якщо вхідний випрямляючий блок виконати тиристорним, то при збільшенні напруги Uвс збільшується і амплітуда високочастотної напруги U2 та середнє значення Uв випрямленої напруги, як показано на малюнку 2 (а):
Uвс   ↑ => U1  ↑  => U2   ↑ => Uв   ↑

Можливе також регулювання зміною частоти імпульсів (рис.2, б)
f   ↑  => T  ↓ => Uв   ↑

Але найбільшширше поширення отримав спосіб широтно-імпульсного регулювання (рис. 2, в):
t  ↑  => Uв  ↑, оскільки при постійній частоті полегшується вибір параметрів вихідного фільтра, а також знижується спектр електромагнітних перешкод, які легко усунути вхідним фільтром.

У випрямлячі з інвертором використовується амплітудне, частотне та широтне регулювання режиму. Природні зовнішні властивості випрямляча залежать від конструкції інвертора та трансформатора. Штучні характеристики формуються за допомогою зворотних зв'язків за струмом та напругою.

Зварювальні властивості випрямлячів з інвертором, як правило, кращі, ніж у конвенційних джерел, і пояснюється це високою швидкодією інвертора. Якщо у неінверторного однофазного випрямляча тривалість перехідного процесу становить не менше напівперіоду стандартного змінного струму, тобто близько 0,01 с, то у випрямляча з інвертором швидкодія характеризується значеннями 0,0005 с і менше. При механізованому зварюванні у вуглекислому газі такий випрямляч здатний забезпечити складний алгоритм зміни струму з метою керування перенесенням електродного металу при тривалості окремих етапів циклу близько 1 мс. Високі динамічні властивості випрямляча з інвертором виявляються і у разі програмного керування процесом ручного дугового зварювання, наприклад, за циклограмою. У цьому випадку легко забезпечується гарячий пуск на початку зварювання, швидкий перехід від одного із заздалегідь налаштованих режимів до іншого при поперемінному зварюванню то нижніх, то вертикальних швів, зварювання пульсуючою дугою з регульованою формою імпульсу і т.д.

В даний час випускаються інвертори четвертого та п'ятого поколінь.

Процес дугового зварювання плавленням існує вже понад сто років. Весь цей час джерела живлення дуги змінювалися та вдосконалювалися. Шлях від акумуляторних батарей до електронних систем відобразився і на властивостях дуги та на всьому процесі зварювання загалом.

До цих пір у зварювальному виробництві використовуються традиційні джерела живлення: трансформатори, зварювальні перетворювачі, зварювальні агрегати, випрямлячі. У них є кілька загальних недоліків: підвищена енергоємність, значні маса та габарити, недостатня швидкодія, вузький діапазон регулювання режиму зварювання, зварювання при частоті не вище 50Гц.

При цьому кожен із цих джерел має ще додатково свої специфічні недоліки. Наприклад: трансформатор споживає значну реактивну потужність, навантаження мережі живлення в ньому несиметрична, оскільки всі зварювальні трансформатори однофазні. Частини зварювального генератора, що обертаються, створюють шум, вимагають складного технічного обслуговування. І т.д.

З розвитком напівпровідникової техніки у 50-х роках з'явилися зварювальні випрямлячі, які мали покращені технічні Характеристики. Але і вони, як і раніше, залишалися важкими, громіздкими, інерційними і мали малий ККД.

Подальший прогрес викликав появу нових методів зварювання: такі як механізоване зварювання дротом суцільного перерізу в захисних газах (MIG/MAG), та нових зварювальних установок: автоматичні та роботизовані комплекси. Для нових зварювальних установок знадобилося нове покоління джерел живлення зварювальної дуги, які б забезпечували високу швидкодію, набагато менше споживання енергії, що давало широкий діапазон регулювання режимів зварювання, а також мали універсальні зовнішні статичні показники. З'явилися інверторні джерела живлення. З середини 80-х років розпочалося серійне виробництво високочастотних тиристорів. На їх основі були створені сучасні електронні інвертори, які на сьогодні активно витісняють інші зварювальні джерела живлення.

Назва джерела живлення	Рік появи	Блок-схема джерела живлення
Акумуляторна батарея	1802
Зварювальний агрегат (мотор-генератор)	1887
Зварювальний трансформатор	1905
Зварювальний випрямляч	1950
Зварювальний інвертор	1950