Тема уроку № 15 : 

"Призначення, будова та принцип роботи зварювального устаткування (інвертор)"

Зварювальний інвертор (інверторне джерело зварювального струму – ІДЗС) – це один з видів джерела живлення зварювальної дуги.

Інвертор (лат. inverto — повертати, перевертати) — перетворювач постійного струму на змінний однофазний або багатофазний струм, силовий генератор змінного струму. 

Зазвичай являє собою генератор періодичної напруги, за формою здебільшого наближеної до синусоїди, або дискретного сигналу. Інвертори напруги можуть застосовуватися у вигляді окремого пристрою або входити до складу джерел і систем безперервного живлення апаратури електричною енергією змінного струму. Якщо інвертор передає енергію з мережі постійного струму в мережу змінного, частота і напруга в якій вже задані роботою інших генераторів, то його названо залежним (веденим).

Зварювальний інвертор це на сьогодні найбільш правильне розв'язання задачі зварювання металів. І ось чому.

1. Споживання електричної енергії цим приладом, за тієї ж інтенсивності та тривалості зварювання - майже в двічі менше, як у звичайних зварювальних трансформаторів чи випрямлячів.

2. Вага у 5-10 разів менша. Інвертор при роботі можна повісити ременем на плече і не помічати його. Лише в дротах не зашпортатися..

3. Стабільний постійний струм на виході. Зварює всіма електродами і будь-який метал придатний для зварювання.

4. Вихідний струм плавно і точно регулюється. Нижня межа становить 10-15 А, що дозволяє якісно зварювати електродами 1,6 мм, аби лише руки не тряслися.

5. Впевнено працюють в мережах з недостатньою напругою, не реагують на перепади напруги в мережі.

6. В побутових умовах інвертори не перевантажують мережу, не миготить світло, що своєю чергою робить зварювальний апарат дуже зручним в домашніх умовах.

Що ж таке зварювальний інвертор. 

Стисло - електронний зварювальний агрегат з абсолютно новими властивостями та можливостями. Головні, мабуть такі:

- створюваний інвертором струм володіє ідеальною зовнішньою вольт-амперною характеристикою, яка, до того ж гарно регулюється для кожного окремо взятого виду зварювання і типу зварного з'єднання;

- маса зварювальних інверторів не перевищує 10 кг, при тій же потужності дуги що й зварювання трансформаторного типу, а габарити інвертора спочатку видаються несерйозними - але то лише спочатку;

- в 2 рази менше споживання електроенергії, внутрішні індуктивні втрати в ньому відсутні.

- коефіцієнт корисної дії (ККД) інвертора близький до 90%, косинус кута Фі наближається до 1, тому майже вся споживана енергія вивільнюється на зварювальній дузі.

  Інвертор - це пристій силової електроніки, який працює на великих струмах, високих частотах і різницях потенціалів (напругах). Вхідна напруга двічі перетворюється: спочатку зі змінного 220 В в постійний струм, пізніше у високочастотну напругу зі змінним струмом, частота 200кГц. Як відомо з електротехніки, чим вище значення частоти, ти меншою буде вага і габарити трансформатора, який передає однакову електричну потужність. Отже при зменшенні частоти струму у 1000 разів, маса і габарити трансформатора зменшуються у 10 разів. Виходить, що й сам інвертор буде невеликим та з малою масою.

Перетворення частоти здійснюється широтно-імпульсним модулятором, за основу якого йдуть високочастотні перетворювачі останнього покоління - модулі IGBT (біполярний транзистор з ізольованим затвором) або MOSFET (полярний транзистор на основі переходу метал-оксид-напівпровідник).

Пройшовши трансформатор, високочастотна змінна напруга знову випрямляється і подається на зварювальну дугу. Координування роботи всіх елементів, контроль параметрів і зворотній зв'язок зі зварною дугою здійснюється цифровими процесорами на мікросхемах.

Технічні можливості зварювальних інверторів.

 Вони абсолютно унікальні. Насправді інвертор зі всією своєю системою електроніки майже думає за зварювальника, безперервно аналізуючи процеси на дузі. Ось лише деякі програми, закладені в мікросхеми процесора:

- Вимкнення напруги на зварювальній дузі при короткому замкненні електрода, який вкоротив до деталі. Спрацьовує за пів секунди після короткого замикання. Залипання електрода до деталі і перегріву інвертора не відбувається.

- А ось при вірному збудженні дуги - легким торканням (чирканням) електрода в деталь, інвертор виробляє додатковий імпульс струму. Збудження, тобто запал, дуги суттєво полегшується.

- При неминучих невеликих коротких замиканнях у процесі зварювання, інвертор виробляє рід коротких, але потужних імпульсів струму, які руйнують створювані в процесі перетинки з рідкого металу. Дана функція особливо актуальна при зварюванні короткою дугою.

Нарешті при використанні зварювального інвертора ми отримуємо:

- стабільний постійний струм, який не залежить від перепадів вхідної напруги;

- дуже незначне розбризкування металу в процесі зварювання;

- широкі можливості налаштування режимів для всіх видів зварювання плавленням - штучним електродом, аргонодуговим і напівавтоматичним;

- виключно низьке енергоспоживання, що дуже важливо при включенні інвертора в побутову мережу або його живленні від бензогенератора.

Сфери застосування зварювальних інверторів. Це усі види електродугового та плазмового зварювання і різання. Обмежень тут немає. Глобальний перехід усієї зварювальної техніки і технології на інверторні джерела живлення стримує лише інерція мислення і повсюдно налагоджене виробництво звичайних трансформаторів. На переналагодження розгорнутого виробництва звичних трансформаторів та випрямлячів, звичайно ж, потрібні час та гроші.

На нинішній день, інвертори широко застосовують в наступних видах зварювання:

- Ручне дугове зварювання штучними електродами, часто маркується абревіатурою ММА (metal manual arc). Тут зварювальні інвертори отримали найширше використання. Це зумовлено, в першу чергу, невеликою вагою та енергоспоживанням. Зварювальник без проблем рухається разом з пристроєм, вмикаючи його в любу, в тому числі побутову електропроводку.

- Аргонно дугове зварювання (TIG -- tungsten inert gas) на змінному та постійному струмах. Тут переваги інверторів виражаються не так у малій масі та енергоспоживанні, як у можливості точного регулювання багаточисленних параметрів режиму. Для аргонно-дугового зварювання це є найважливішим, тому що зварюють відповідальні вироби з високими вимогами до якості та зовнішнього вигляду зварного шва.

- Напівавтоматичне зварювання (MIG/MAG -- metal inert/active gas). Тут у інверторів є унікальна можливість так регулювати перенесення металу (крапельний, струйний, з періодичними замиканнями і т.д.), що можливо майже уникнути розхлюпування металу, а це найголовніший недолік такого типу зварювання.

- Плазмово-дугове різання (PAC -- plasma arc cutting)- це найновіша сучасна технологія. Швидкість різання висока, а крайка рівна й акуратна - відразу під зварювання. Тут інвертори CUT знайшли своє почесне місце, завдяки їх вмінню забезпечити стабільність основної та чергової дуги, а головне внаслідок мобільності таких апаратів.

Перспективи розвитку зварювальних інверторів. В цілому, інверторні схеми відкривають нову сторінку у світі зварювання. В сьогодення, на їх принципу вже серйозно виготовляються багатофункційні зварювальні апарати. Найбільше розповсюдження отримали інвертори, які суміщають зварювання MMA, TIG і CUT або MIG/MAG, TIG і MMA. Зустрічаються та інакші поєднання. Річ у тому, що інверторна схема дозволяє, так би мовити, “на ходу” змінювати тип зовнішніх вольт-амперних характеристик джерела живлення. Саме тип вольт-амперних характеристик є основною властивістю джерела для певного виду зварювання. І якщо звичайний апарат призначений, наприклад, для зварювання MIG/MAG, то штучним електродом він не має можливості зварювати. А інверторна схема - інша справа. Тут і тип характеристик(вольт-амперних) та інші параметри без проблем переналаштовуються під потрібний тип зварювання.