Реферат
на тему " Сучасні зварювальні інвертори, іх характеристики та переваги"
Виконав
студент групи ЕТ-18-1
Павлюк Олег
Перевірив
Шнурок І.Ф.
Івано-Франківськ
2020
План
1. Зварювальний інвертор.
2. Принцип дії.
3. Характеристики і переваги.
4. Недоліки.
1.Зварювальний інвертор.
Інверторний зварювальний апарат (Зварювальний інвертор) — зварювальний пристрій, в якому формування вихідної напруги та регулювання струму зварювання здійснюється електронним інвертором. З початку XXI століття один з найпопулярніших зварювальних апаратів для всіх видів електродугового зварювання металів.
Пристрій характеризується високою якістю зварювання, високим — 80-90% і більше — ККД та відносно невеликою у порівнянні з трансформаторними зварювальними апаратами вагою (5-8 кг). Вибагливий до вологості, чистоти та температури повітря, потребує періодичного очищення плат з електронними компонентами від пилу.
Працює він досить-таки просто. У трансформатора дві обмотки - первинна і вторинна. Він потрібен, в першу чергу, для розв'язки з електричною мережею. Вторинну обмотку мотають товстим дротом, частіше мідним, для того, щоб вона могла, не перегріваючись, проводити струм, який досягає 500А. Одна клема вторинної обмотки - маса, підключається до зварюваної поверхні затискачем, інша - підключається кабелем зі спеціальним утримувачем до електрода. У момент торкання електродом зварюваної поверхні проскакує електрична дуга, метал плавиться і відбувається процес зварювання. Промислові зварювальні трансформатори для змінного струму влаштовані і працюють так само.
Найбільш сучасними є інверторні зварювальні апарати. Вони можуть мати такі ж характеристики по вихідним напрузі і струму, але самі по собі менше, легше і дешевше. Замість громіздкого, матеріаломісткого і тому дорогого понижувального трансформатора застосована електронна схема з високочастотним перетворюванням. Зварювальний інвертор - це найбільш сучасний і просунутий пристрій для зварювання металів. Його особливості полягають у внутрішньому устрої.
Схема зварювального апарату інверторного типу така. На вході від електричної мережі у нього випрямляч плюс перетворювач, що представляє собою досить складний і відповідальний електронний вузол, який змінну напругу з частотою 50Гц перетворює в напругу з частотою, як правило, в районі 200кГц. Завдяки застосуванню високочастотного перетворення, понижуючий трансформатор, підключений до виходу перетворювача, може бути малогабаритним і менше не тільки розміром, але і вагою більш ніж в 10 разів.
З виходу понижувального трансформатора напруга надходить на потужний випрямляч, практично такий же, як і у зварювальних апаратів з трансформатором.
Серйозною перевагою, яким володіють інверторні зварювальні апарати, є те, що такий апарат не страшно підключати навіть до домашньої електричної мережі. Справа в тому, що інвертор, по суті, є сучасним електронним пристроєм, що має і серйозну схему управління з зручним інтерфейсом для роботи зварника, і, як правило, надійний захист. Тому, можна абсолютно не побоюватися ризику знищення електропроводки.
Навчитися роботі зі зварювальним інвертором набагато легше, ніж роботі з трансформатором. І якщо фахівець вже працював зі зварювальним випрямлячем або трансформатором, то перехід на інвертор пройде непомітно. Зворотний процес значно складніше, до зручності людина звикає швидко.
Працюючи з інвертором, необхідно пам'ятати, що це електронний пристрій, тому її потрібно берегти від вологи, пилу. Інвертори можуть бути чутливими до кидкiв мережевої напруги.
І, нарешті, мінус інвертора - більш висока ціна, ніж у трансформатора, але в роботі це сповна окупиться. Якщо є бажання купити зварювальний апарат, то важливо в першу чергу визначитися з його призначенням, уточнивши, які роботи по зварюванню їм будуть виконуватися. Виходячи з цього , вибирають апарат, розрахований на певний граничний робочий струм і напругу.
Наприклад, якщо потрібно варити нескладні конструкції, то максимальний діаметр електрода в 4мм буде цілком достатнім. Стало бути, і апарат підійде на струм до 220А . Є такий параметр, як «відсоток часу» або ПН. Він означає, в якому співвідношенні робочий цикл і пауза будуть без перегріву і без ризику виходу з ладу. Чим вище ПВ, тим надійніше апарат. Уточнити ще потрібно напругу його холостого ходу. Коли вона вище , тоді легше буде запалити зварювальну дугу.
Варто враховувати, що апарати з постійним струмом і напівавтомати зручніше в роботі і якість зварних робіт з ними значно вище.
2. Принцип дії.
Принцип його дії полягає в наступному:
подача змінного струму на мережевий випрямляч;
випрямлення струму за допомогою фільтра;
подача випрямленого струму на інвертор і перетворення його на зімнний з високою частотою;
зниження напруги трансформатором і збільшення сили струму;
в процесі зварювання - випрямлення струму частотним випрямлячем.
Змінний струм промислової частоти (50 або 60 Гц), надходить на випрямляч. Випрямлений струм згладжується конденсаторним фільтром і подається на високочастотний інвертор (20-50 кГц). З інвертора змінний струм високої частоти подається на високочастотний трансформатор, а з вторинної обмотки трансформатора — на силові діоди. Електронний пристрій управління інвертором забезпечує необхідну вольт-амперну характеристику апарата та його захист від перевантаження та перегріву. Завдяки використанню високої частоти вдається досягти істотного зменшення розмірів та ваги силового трансформатора.
Такі типи зварювальних апаратів мають свої недоліки - розбризкування металу і нерівний шов. Більш досконалі - так звані, зварювальні випрямлячі, або апарати для зварювання постійним струмом. У принципі, це той же трансформатор, тільки до виходу вторинної обмотки підключений напівпровідниковий блок для випрямлення електричного струму, крім того, може бути і реостат для регулювання робочої напруги. Варити постійним струмом набагато краще. Робоча напруга випрямляча залежить від призначення і встановлюється в межах від 24В і до 66В, а робочий струм 40А і до 600А .
Конструкція
До складу інверторного зварювального апарату входять:
одно або двоканальний блок живлення, який забезпечує необхідну постійну та стабілізовану напругу живлення для схеми управління інвертором;
вхідний випрямляч напруги з фільтром на електролітичних конденсаторах;
широтно-імпульсний модулятор, який за встановленим та наявним струмом інвертора формує імпульси необхідної прогальності;
високочастотний інвертор з потужними транзисторними ключами, в ролі яких використовуються декілька паралельно увімкнутих силових транзисторів MOSFET або IGBT;
високочастотний трансформатор з коефіцієнтом трансформації близько 3:1;
випрямляч на силових діодах з вихідним дроселем;
корпус (бажано сталевий для екранування високочастотних коливань) з панеллю управління, системою вентиляції, регулятором струму зварювання, індикаторами та клемами для приєднання силових кабелів.
За конструктивним виконанням апарати поділяються на одноплатні та багатоплатні:
в одноплатному виконанні всі електронні компоненти розташовуються на одній моноплаті, що дозволяє істотно зменшити вартість апарату, але суттєво погіршує його ремонтопридатність (вартість плати звичайно становить близько 80% вартості апарату);
в багатоплатному виконанні окремі схемотехнічні блоки апарату виконуються на окремих платах, що збільшує вартість апарату, але покращує його ремонтопридатність.
В окремих бюджетних апаратах можуть бути відсутні деякі елементи, наприклад: датчик перегріву, дросель тощо.
Вступник з мережі змінний струм, з частотою в 50 Гц, переходить на випрямляч, і згладжує фільтр випрямлений струм, і отриманий постійний струм перетвориться в инвертор в силових транзисторах з високими показниками частоти комутацій в змінний струм, частота якого становить 20-50 кГц. Після чого високочастотне змінне напруга знижують до 70-90В і підвищують силу струму, до величини, необхідної для зварювання - 100-200А. Саме висока частота зварювальних інверторів робить їх кращими на сьогоднішній день апаратами для робіт з металами, в порівнянні зі старими моделями.
Як правильно вибрати зварювальний інвертор? І на які параметри варто звернути увагу?
За своєю потужністю і продуктивності, зварювальні інвертори поділяються на техніку побутового, напівпрофесійного і професійного класу. І в залежності від показників потужності і тривалості роботи, підходять для побутових робіт по ремонту, і професійних - на будівництві та у виробництві. Побутовий інвертор вимагає перерви через кожні півгодини роботи, на півгодини або годину, і відповідно і коштує дешевше. Дорожчі зварювальні інвертори, створені для промислових робіт можуть працювати довгий час без перерви, при високих навантаженнях і в важких умовах.
3. Характеристики і переваги.
Працює від мережі змінного струму напругою 220 або 380 вольт і частотою струму 50 Гц.
Зварювальний струм, що надходить в інвертор, проходить через діодний міст, де він згладжується і стає постійним.
Отримана електрична енергія проходить через блок транзисторів (з великою частотою комутації), в результаті виходить знову змінний струм тільки з більшою частотою – 20-50 кГц.
Далі, напруга струму перетворюється, вона на виході інвертора знижується до 70-90 вольт. Згідно із законом Ома зниження напруги дає підвищення сили струму. На виході (на кінці електрода) буде сила струму, що дорівнює 100-200 ампер. Це і є сила струму зварювання.
Інверторні зварювальні апарати можуть застосовуватися для зварювання та різання виробів з будь-яких металів і їх сплавів. Працювати з ними можна як в одному, так і декількох режимах, вибравши багатофункціональну модель техніки. Практично всі сучасні моделі інверторів обладнані цифровий сенсорною панеллю для управління, манометром. Струм зварювання в них регулюється плавно, а сам процес робіт по обробці металу зручний, простий і безпечний. До додаткових переваг можна додати:
високий коефіцієнт корисної дії;
універсальність (з ними можна проводити ручне дугове, аргонно-дугове зварювання);
компактність, мала вага;
якість і міцність сполучних швів;
стабільність роботи при перепадах напруги в мережі;
цінову доступність.
Всі моделі інверторів включають в свій пристрій кілька систем захистів, які не дають їм виходити з ладу при перегріванні і короткому замиканні (автоматичне вимикання) і додаткових функцій, які забезпечують їм легкий підпал, стабільність зварювальної дуги і не дають електродів залипати до поверхні оброблюваного металу. При перепадах напруги або вітряну погоду, параметри дуги в агрегаті не складно утримувати на одному рівні.
Підходить інвертор для зварювання для експлуатації його в самих різних умовах: у приміщенні і на вулиці, на висоті. Він може працювати в побуті і на виробництві, будівельному майданчику і в автосервісі, гаражі, на дачі і СТО, в кузні, ремонтних майстерень, при зведенні будівель і мостів і т.п. Для того, щоб отримувати якісний результат при роботі з інвертором, потрібно всього лише правильно вибрати агрегат, виходячи з бюджету і цілей використання.
Переваги інверторного джерела живлення зварювальної дуги:
- Головною позитивною якістю інвертора є мінімальна вага (через малі розміри трансформатора).
- Має широкий діапазон регулювання зварювального струму.
- Легко варить досить товсті металеві деталі (завдяки високому струму і низькій напрузі).
- Електрод не прилипає до поверхні металу (функція «Arc Force»).
- Процес запалювання електрода спрощений за рахунок подачі на його кінець на початку роботи струму великої сили (функція Hot Start).
- При короткому замиканні зварювальний струм знижується до мінімуму, що не дозволяє електроду залипати при зіткненні з деталлю (функція «Anti-Sticking»). Це оберігає апарат від виходу з ладу.
Технічні можливості зварювальних інверторів. Вони абсолютно унікальні. Насправді інвертор зі всєю 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 (ф-я anti sticking). Зпрацьовує 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 (ф-я hot start). 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 (ф-я arc force). Дана функція особливо актуальна при зварюванні короткою дугою.
Накінець при використанні зварювального інвертора ми отримуємо:
– стабільний постійний струм, який не залежить від перепадів вхідної напруги;
– дуже незначне розбризкування металу в процесі зварки;
– обширні можливості налаштування режимів для всіх видів зварювання плавленням – штучним електродом, аргонно-дуговим 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, зачасту маркується абревіатурою ММА (metal manual arc). Тут зварювальні інвертори отримали найширше використання. Це бумовлено, в першу чергу, невеликою вагою та енергоспоживаням. 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 виглядо зварного шва.
– Напівавтоматичне зварювання (MIG/MAG — metal inert/active gas). Тут у інверторів є унікальна можливість так регулювати перенос металу(капельний, струйний, з періодичними замиканнями і т.д.), що можливо майже уникнути розхляпування 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 і 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. По великому рахунку, 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 і іннакші поєднання. Справа в 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 шточним 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.
4. Недоліки
Недоліки ІДЗС:
- Обмеженість за коефіцієнтом завантаження, що пов'язано зі значним нагріванням елементів схеми.
- Підвищена чутливість до вологості повітря і конденсату, що випадає всередині корпусу.
- Високий (а часто-густо – небезпечний) рівень створюваних високочастотних електромагнітних завад. Ця проблема частково вирішується застосуванням, так званої, поліпшеною широтно-імпульсної модуляції і синхронними випрямлячами у вторинних ланцюгах.
-Обмежена функціональність (в основному застосовується для дугового зварювання), низька якість роботи (наприклад, нерівний шов), велика вага. Оптимальний варіант для простих робіт, де не потрібна висока точність.
Використання інверторних технологій призвело до зменшення габаритів і маси зварювальних апаратів, поліпшення якісного показника зварювальної дуги, підвищення ККД, мінімального розбризкування при зварюванні, дозволило реалізувати плавні регулювання зварювальних параметрів.
Зварювальні інвертори – це найсучасніші зварювальні апарати, які в даний час майже повністю витісняють на другий план класичні зварювальні трансформатори, випрямлячі та генератори.