Obecné a specifické principy: jak funguje invertorový svařovací stroj

Abyste si vybrali správné zařízení pro svářečské práce, musíte znát konstrukci a princip činnosti svařovacího invertoru. Pokud těmto problémům dobře rozumíte, můžete invertorová zařízení nejen efektivně používat, ale také sami opravovat.

Invertorové svařovací stroje italské výroby

Na moderním trhu je nabízeno mnoho modelů střídačů, což umožňuje odborníkům vybrat zařízení v souladu s jejich potřebami a finančními možnostmi. Pokud chcete ušetřit peníze, můžete si vyrobit invertorový svařovací stroj vlastníma rukama.

Jak funguje invertorový svařovací stroj?

Princip činnosti invertorového zařízení je v mnoha ohledech podobný činnosti spínaného zdroje. V invertoru i ve spínaném zdroji se energie přeměňuje podobným způsobem.

Proces přeměny elektrické energie ve svařovacím stroji invertorového typu lze popsat následovně.

• Střídavý proud o napětí 220 Voltů tekoucí v běžné elektrické síti se přeměňuje na stejnosměrný proud.
• Výsledný stejnosměrný proud je opět přeměněn na střídavý proud pomocí speciálního bloku elektrického obvodu střídače, ale s velmi vysokou frekvencí.
• Napětí vysokofrekvenčního střídavého proudu je sníženo, což výrazně zvyšuje jeho pevnost.
• Vzniklý elektrický proud, který má vysokou frekvenci, výraznou pevnost a nízké napětí, se přeměňuje na stejnosměrný proud, na kterém se provádí svařování.

Princip činnosti svařovacího invertoru

Hlavním typem svařovacích strojů, které se dříve používaly, byla transformátorová zařízení, která zvyšovala svařovací proud snížením hodnoty napětí. Nejzávažnějšími nevýhodami takového zařízení, které se dnes stále aktivně používá, je nízká účinnost (protože velké množství spotřebované elektrické energie se spotřebuje na ohřev žehličky), velké rozměry a hmotnost.

Vynález invertorů, u kterých je síla svařovacího proudu regulována podle zcela jiného principu, umožnil výrazně zmenšit svařovací stroje a také snížit jejich hmotnost. Efektivní regulace svařovacího proudu u takových strojů je možná díky jeho vysoké frekvenci. Čím vyšší je frekvence proudu, který střídač generuje, tím menší mohou být rozměry zařízení.

Jedním z hlavních úkolů, které řeší každý měnič, je zvýšení frekvence standardního elektrického proudu. To je možné díky použití tranzistorů, které spínají na frekvenci 60–80 Hz. Jak je však známo, do tranzistorů lze dodávat pouze stejnosměrný proud, zatímco v běžné elektrické síti je střídavý a má frekvenci 50 Hz. Pro přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný je v invertorových zařízeních instalován usměrňovač sestavený na základě diodového můstku.

Za tranzistorovým blokem, ve kterém se generuje vysokofrekvenční střídavý proud, je ve svařovacích invertorech transformátor, který snižuje napětí a podle toho zvyšuje proud. Pro regulaci napětí a proudu při vysokých frekvencích jsou zapotřebí menší transformátory (zároveň jejich výkon není nižší než u větších analogů).

Svařovací invertor bez ochranného krytu

Prvky elektrického obvodu invertorových zařízení

Svařovací invertorové zařízení se skládá z následujících základních prvků:

• usměrňovač pro střídavý proud pocházející z běžné elektrické sítě;
• invertorová jednotka sestavená na bázi vysokofrekvenčních tranzistorů (taková jednotka je generátor vysokofrekvenčních impulsů);
• transformátor, který snižuje vysokofrekvenční napětí a zvyšuje vysokofrekvenční proud;
• vysokofrekvenční usměrňovač střídavého proudu;
• pracovní zkrat;
• elektronická jednotka zodpovědná za řízení měniče.

Ať už má konkrétní model invertorového zařízení jakékoli vlastnosti, princip jeho činnosti, založený na použití vysokofrekvenčního pulzního měniče, zůstává nezměněn.

Příklad schématu zapojení měniče (klikněte pro zvětšení)

Usměrňovače a invertorové jednotky zařízení se během provozu velmi zahřívají, proto jsou instalovány na radiátorech, které aktivně odvádějí teplo. K ochraně usměrňovací jednotky před přehřátím se navíc používá speciální teplotní senzor, který při dosažení teploty 90 stupňů vypne její napájení.

Invertorová jednotka, která je v podstatě generátorem vysokofrekvenčních vysoce výkonných pulsů, je sestavena na bázi tranzistorů spojených jako „šikmý můstek“. Vysokofrekvenční elektrické impulsy generované v takovém generátoru jsou posílány do transformátoru, který je nezbytný pro snížení jejich napětí.

Nejběžnější transformátory používané pro vybavení svařovacích invertorů jsou zařízení s následujícími charakteristikami: primární vinutí – 100 závitů drátu kvality PEV (tloušťka 0,3 mm); 1. sekundární vinutí – 15 závitů měděného drátu o průměru 1 mm; 2. a 3. sekundární vinutí – 20 závitů měděného drátu o průměru 0,35 mm. Všechna vinutí jsou od sebe pečlivě izolována a jejich výstupní body jsou chráněny a utěsněny.

Vnitřní struktura svařovacího invertoru

Výstupní usměrňovač svářecího invertoru přijímá vysokofrekvenční proud. Jednoduché diody si s přeměnou takového proudu na stejnosměrný proud neporadí. Proto je usměrňovač založen na výkonných diodách s vysokou rychlostí otevírání a zavírání. Aby se zabránilo přehřátí diodového bloku, je umístěn na speciálním radiátoru.

Povinným prvkem každého svařovacího invertoru je vysoce výkonný rezistor, který poskytuje zařízení měkký start. Potřeba použití takového odporu je vysvětlena skutečností, že při zapnutí napájení je do zařízení dodáván silný elektrický impuls, který může způsobit selhání diod usměrňovací jednotky. Aby se tomu zabránilo, proud je přiváděn přes odpor do elektrolytických kondenzátorů, které se začnou nabíjet. Když kondenzátory dosáhnou plného nabití a zařízení přejde do normálního provozu, kontakty elektromagnetického relé se sepnou a proud začne téct do usměrňovacích diod, již obchází rezistor.

Výstupní tlumivky na desce svařovacího invertoru

Díky svým technickým vlastnostem vám invertory umožňují nastavit svařovací proud v širokém rozsahu – od 30 do 200 A.

Činnost všech prvků takového svařovacího stroje, vyznačujícího se kompaktními rozměry, nízkou hmotností a vysokým výkonem, je řízena speciálním PWM regulátorem. Elektrické signály jsou do regulátoru přiváděny z operačního zesilovače, který je napájen výstupním proudem samotného měniče. Na základě charakteristiky těchto signálů regulátor generuje korekční výstupní signály, které mohou být přiváděny do usměrňovacích diod a tranzistorů invertorové jednotky – generátoru vysokofrekvenčních elektrických impulsů.

Moderní svařovací invertory mají kromě těch základních i celý seznam užitečných doplňkových možností. Mezi takové vlastnosti, které značně usnadňují práci se zařízením a umožňují získat vysoce kvalitní, spolehlivé a krásné svarové spoje, patří nucení svařovacího oblouku (rychlé zapálení), nepřilnavost elektrody, plynulé nastavení svařovacího proudu a přítomnost ochranného systému proti přetížení.

Obvodová deska s hlavními prvky měniče

Proveditelnost použití měničů a jejich hlavní nevýhody

Široké použití svařovacích invertorů se vysvětluje řadou významných výhod, které mají.

• Zařízení tohoto typu se vyznačují vysokým výkonem a výkonem.
• Svar vytvořený pomocí invertorů se vyznačuje vysokou kvalitou a spolehlivostí.
• Spolu s vysokým výkonem mají zařízení tohoto typu kompaktní rozměry a nízkou hmotnost, což usnadňuje jejich přepravu na místo, kde budou prováděny svářečské práce.
• Svařovací invertory mají vysokou účinnost (asi 90 %), spotřebovaná elektrická energie je v nich využita efektivněji než v transformátorech.
• Díky své vysoké účinnosti se taková zařízení vyznačují ekonomickou spotřebou spotřebované elektřiny.
• Při procesu svařování pomocí invertoru roztavený kov mírně rozstřikuje, což se projevuje racionálnější spotřebou spotřebního materiálu.
• Invertory poskytují možnost plynule upravovat svařovací proud.
• Vzhledem k přítomnosti dalších možností v takových zařízeních nemá úroveň dovednosti svářeče téměř žádný vliv na kvalitu práce.
• Široká univerzálnost invertorů odstraňuje otázku, jaký stroj zvolit pro svařování různými technologiemi.

Invertorová zařízení se volí, když potřebujete zařízení, které svými vlastnostmi zajistí vysokou stabilitu svařovacího oblouku v každé situaci. Při použití invertorů nevzniká otázka, kterou elektrodu si vybrat pro svářečské práce, protože pomocí tohoto zařízení můžete svařovat kov elektrodami jakéhokoli typu.

Invertory mají samozřejmě i nevýhody, ale není jich mnoho. To by mělo zahrnovat poměrně vysoké náklady na taková zařízení ve srovnání s konvenčními svařovacími transformátory. Taková zařízení jsou také drahá na opravy, což je nejčastěji spojeno s nutností výměny výkonných tranzistorů (jejich náklady mohou činit až 60 % ceny celého zařízení).

Střídače jsou velmi citlivé na negativní vnější faktory – prach, nečistoty, srážky a mráz. Pokud potřebujete střídač pro práci na poli, budete si pro něj muset vybudovat uzavřený a vytápěný prostor.