Разновидности сварочных выпрямителей и их выбор. Что такое сварочный выпрямитель.

Сварочный выпрямитель представляет собой упрощенное устройство, которое не требует сложной конструкции для своей работы. Даже попытка самостоятельно его изготовить может привести к получению устройства, не уступающего по характеристикам серийным образцам. Для успешного создания выпрямителя не требуется глубоких знаний в области электроники и электротехники.

Все что нужно знать о сварочном выпрямителе специалисту и любителю

В этой статье подробно обсуждается устройство, необходимое для проведения сварки на постоянном токе — сварочный выпрямитель. Мы рассмотрим его конструктивные особенности, функционирование, а также преимущества и недостатки, которые помогут как профессионалам, так и любителям избежать распространенных ошибок.

В процессе дуговой сварки возникает электрическая дуга между свариваемыми материалами и электродом, которая служит для нагрева этих материалов. Для поддержания этого процесса необходим надежный источник электрической энергии, который обеспечивает нужный уровень тока.

Таким источником может служить сварочный трансформатор, способный генерировать ток в сотни ампер, что, в свою очередь, необходимо для достижения температуры плавления металла. Однако качество получаемого сварного шва зависит не только от величины подаваемого тока, но также и от его устойчивости или стабильности во времени.

Одним из решений для обеспечения стабильности тока является использование постоянного электричества. Вместо трансформатора, который выдает переменный ток, часто применяют более совершенное устройство — сварочный выпрямитель. Это устройство включает в себя дополнительные компоненты для преобразования переменного тока в постоянный.

Сварочные выпрямители – их устройство и принцип работы

Сварочные выпрямители используют энергию как однофазной, так и трехфазной электрической сети, что делает их универсальными в применении.

Принцип работы сварочного выпрямителя

Сварочный выпрямитель действует как преобразователь напряжения, и его работа осуществляется следующим образом.

На первом этапе входное напряжение передается на мощный трансформатор, который понижает его до безопасного уровня — нескольких десятков вольт. Далее, выпрямитель осуществляет преобразование синусоидальной формы сигнала в однополярные импульсы. Эти импульсы обязательно сглаживаются с помощью специального фильтра, чтобы обеспечить равномерный подходящий уровень напряжения.

В результате, между электродом и объектом, который подвергается сварке, создается непрерывное напряжение, поддерживающее электрическую дугу.

Устройство сварочного выпрямителя

Сварочный выпрямитель состоит из следующих основных компонентов:

• трансформатор, понижающий напряжение из промышленной сети;
• система для выпрямления тока;
• фильтрующий модуль;
• блок регулировки параметров;
• индикаторные элементы;
• система охлаждения для предотвращения перегрева;
• выходные провода для передачи напряжения на сварочный электрод и свариваемые материалы.

На приведенной ниже схеме демонстрируется структура трехфазного сварочного выпрямителя, состоящего из:

1 — трехфазного понижающего трансформатора,

2 — двойного полупериодного выпрямителя, оборудованного шестью диодами,

3 — дроссельного фильтра, который устраняет скачки напряжения,

4 — дуги, возникающей между электродом и листом металла, взаимодействующего при сварке.

Применение и назначение сварочного выпрямителя

Наиболее простым устройством, способным создать дугу, необходимую для плавления металлических элементов, является сварочный трансформатор, который может быть как однофазным, так и трехфазным. Такой аппарат понижает напряжение, позволяя передать больше тока при той же мощности.

Тем не менее, следует учитывать, что при использовании сварочного трансформатора выходной ток имеет синусоидальную форму и периодически пересекает ось времени, что приводит к его временной нулевой величине. Это гашение электрической дуги происходит 100 раз в секунду при стандартной частоте 50 Гц.

На приведенной диаграмме представлено напряжение сети в зависимости от времени. При сварке обычных конструкционных сталей такая ситуация может быть несущественной, однако, когда дело касается более сложных металлов, таких как легированные или углеродистые стали, которые обладают высокой температурой плавления, временное гашение дуги недопустимо.

Именно поэтому для сварки таких сталей переменное напряжение должно быть преобразовано в постоянное: только это обеспечит непрерывность подачи энергии в цепь, что и делает сварочный выпрямитель. Ниже представлены диаграммы напряжений в различных точках устройства.

На этой диаграмме показано напряжение на выходе диодного моста выпрямителя.

На этой кривой представлено напряжение на выходных клеммах после фильтрации.

Что это такое?

Сварочный выпрямитель является разновидностью сварочного оборудования. Его основная задача состоит в преобразовании переменного напряжения в постоянное. Данные устройства включают в себя несколько важных блоков и применяются для сварки как стальных, так и цветных металлов, что отличает их от обычных устройств, работающих на переменном токе.

Выпрямитель, работающий на постоянном токе, представляет собой устройство, которое преобразует регулируемое напряжение в ток в амперах. Этим оно создает оптимальные условия для сварки, при этом уменьшая разбрызгивание расплавленного металла. Строго говоря, это модифицированный трансформатор, который формирует и выпрямляет электрический ток с необходимыми спецификациями.

Устройство и принцип действия

По своей конструкции сварочные выпрямители схожи между собою. Ключевым компонентом является силовой трансформатор, который по своей работе и конструктивным особенностям аналогичен трансформатору, работающему на переменном токе. В дополнение к этому, система включает полупроводниковый выпрямительный модуль, который отвечает за преобразование переменного тока в постоянный с помощью неуправляемых и управляемых вентилей, таких как кремниевые диоды и тиристоры.

Кроме того, в состав аппарата входит автоматическое пусковое устройство. Это важно, так как при сбоях в работе выпрямитель отключится от сети автоматически. Основные элементы управляющего блока содержат также панель управления с настройками, систему защиты от перегрузок и перегрева, а также систему охлаждения, которая включает в себя вентилятор и радиаторы с клапаном для увеличения эффективности удаления тепла.

Принцип работы сварочного выпрямителя основывается на том, что первичная обмотка выпрямителя заряжается переменным током. Благодаря явлению электромагнитной индукции во вторичной обмотке, происходит увеличение тока и снижение напряжения до определенного безопасного уровня. В процессе работы максимальное напряжение может достигать 48 вольт.

Далее это полученное напряжение подается на диоды, которые функционируют как полупроводники и обеспечивают протекание тока исключительно в одном направлении. Эта функция помогает сохранять постоянное напряжение, устраняя колебания в обратную сторону. В процессе работы диоды могут нагреваться, и для предотвращения перегрева сварочные выпрямители оснащены системами охлаждения.

Поток воздуха от заранее установленного вентилятора помогает поддерживать оптимальную температуру компонентов устройства. Перегрев, который обычно можно обнаружить с помощью встроенного температурного датчика, может сигнализировать о необходимости выключить аппарат, чтобы избежать поломки.

Системы регулировки напряжения в сварочных выпрямителях, как правило, оптимизированы для работы с учетом толщины свариваемого металла и типа сварочного процесса.

Обзор видов

Сварочные выпрямители можно классифицировать по множеству факторов. В частности, они различаются по сложности, количеству функций и способу настройки рабочих параметров. Инверторы могут отличаться по конструкции и принципам их настройки.

В зависимости от конструкции, устройства могут работать одновременно в одном или нескольких режимах. По этому критерию их делят на однопозиционные и многопозиционные модели. Первые чаще всего подходят для непрофессиональных сварщиков, в то время как последние оптимизированы для применения в промышленности. Многопозиционные модели отличаются жесткими вольт-амперными характеристиками и обеспечивают стабильность напряжения на каждом полюсе даже в условиях отсутствия нагрузки.

С точки зрения основной классификации, выпрямители могут быть с управляемыми трансформаторами, индукторами, тиристорами, транзисторами и инверторами. Модели с использованием транзисторов работают на полупроводниках, а инверторные устройства основываются на принципе увеличения частоты тока нагрузки.

В зависимости от вольт-амперных характеристик, сварочные инверторы могут выполнять не только работу с трансформаторами, но и предназначены для ручной дуговой сварки. Они могут быть разделены на автоматические и полуавтоматические устройства. Регулировка напряжения в таких аппаратах может быть осуществлена катушечным, соленоидным, фазовым и импульсным способом.

Изделия первого типа используют реостат катушки для изменения силы тока. Устройства второго типа работают с магнитными полями, которые могут генерироваться как за счет возбуждения, так и в результате внезапного сопротивления напряжению. Управляющий провод может быть использован для контроля за фазой. Настройка импульсных характеристик осуществляется с применением осциллографа.

Модели для ручной дуговой сварки имеют, как правило, более простые конструктивные особенности. В зависимости от типа, они могут быть оснащены функцией возврата потока или магнитным обходом, а также подвижными обмотками, которые помогают достичь оптимальных результатов. Общее предназначение сварочных выпрямителей позволяет им работать с различными характеристиками, в зависимости от конкретного типа.

Модернизации сварочных выпрямителей также могут делиться по другим критериям. Одним из них является сила выходного тока. Чем выше этот показатель, тем больше может быть толщина сварного шва и тем выше качество обрабатываемого металла. Если же аппарат имеет низкий амперный показатель, он подходит для работы с тонкими материалами.

Устройства VARIANCE обладают различной точностью настройки. Чем выше точность, тем проще будет работать мастеру. Другие критерии включают эффективность систем охлаждения и габариты конструкции. Эффективность охлаждения важна для долговечности устройств: в этом отношении профессиональные модели обычно являются более предпочтительными.

Также устройства могут различаться по технологии клапанов, типам регулировки, системе коррекции и особенностям ветровых стекол. Они могут иметь не только дроссельные, но и трансформаторные обмотки, а также различные модификации. Эти типы могут использоваться как для автоматической, так и для полуавтоматической, так и для механизированной сварки.

Существует множество разновидностей, основанных на однофазной, двухфазной и трехфазной схемах. Каждая из них имеет свои индивидуальные характеристики, различия в схемах и методы работы. Фазовое управление исполняется через изменения угла управления тиристорами, что в свою очередь влияет на изменение напряжения трансформатора.

Однофазные

Выпрямители данного типа работают с однофазным трансформатором, который рассчитан на электрическую сеть в 220 В. Их масса определяется весом понижающего трансформатора. Однофазный выпрямитель состоит из одного диодного выпрямителя, и в результате его работы получается импульсный постоянный ток. Эти модели могут различаться между собой на полумостовые и полномостовые конфигурации.

Разновидности

Сварочные выпрямители классифицируются на несколько категорий, основанных на различных критериях. К примеру, все аппараты можно разделить на однофазные и трехфазные варианты.

В зависимости от числа полюсов, которыми может управлять выпрямитель, выделяют однополюсные и многополюсные модели. Первые обычно подходят для профессионального использования, а вторые предназначены для промышленного применения.

По отношению тока к напряжению на выходе выпрямителей существуют жесткие, падающие (как крутые, так и мягкие) и возрастающие вольт-амперные характеристики.

Выпрямители с круто падающими характеристиками пользуются наибольшей популярностью. Первый тип применяется для ручной сварки с использованием вольфрамовых и стальных электродов, тогда как вторые модели подходят для более широкого применения, таких как автоматическая сварка в среде защитного газа.

Тип контроля тока на выходе сварочного выпрямителя варьируется следующим образом:

• Трансформаторные устройства — самые примитивные. Регулировка осуществляется путём изменения количества витков в обмотке, что непосредственно влияет на силу тока и величину напряжения.
• Транзисторные модели — здесь регулировка происходит благодаря введению транзистора в режим ключа, который либо открывает, либо закрывает цепь по величине проходящего тока.
• Регулируемые дросселем — изменение индуктивного сопротивления в цепи вторичной обмотки трансформатора позволяет уменьшить напряжение, подаваемое на мост выпрямителя.
• Тиристорные модели — производят переключение рабочей величины тока благодаря отдельному элементу.
• Инверторные модели — изменяют величину рабочего тока выпрямителя, оперируя токами высокой частоты. Они часто используются в установках двойного преобразования.

Сварочные выпрямители также делятся на различные типы в зависимости от рабочей нагрузки:

• бытовые – устройства, работающие при токе до 200 А;
• полупрофессиональные – модели, способные выдерживать нагрузки до 300 А;
• профессиональные – аппараты с амперажом, превышающим 300 А.

Преимущества и недостатки

Сравнивая с другими типами сварочного оборудования, сварочный выпрямитель обретает ряд значительных преимуществ:

• Имеет высокий коэффициент полезного действия (КПД) и сниженные энергопотери на холостом ходу;
• Компактные размеры и меньшая масса делают его более удобным в использовании по сравнению с аппаратами на переменном токе, которые также создают дополнительный шум;
• Сварочный электрод нагревается быстрее, чем при подаче переменного напряжения;
• Поддержка стабильной электрической дуги, что в свою очередь позволяет получить ровный шов;
• Сведено к минимуму разбрызгивание металла, что положительно сказывается на качестве сварной работы;
• Способность уменьшить расход электрода, что делает такие устройства более экономичными;
• Управлять рабочими характеристиками сварочного выпрямителя проще и интуитивнее;
• Долговечность и надежность в долгосрочной работе выше;
• Процесс обеспечивает равномерную нагрузку фаз в трехфазной системе.

Основным недостатком сварочных выпрямителей является их относительная высокая стоимость. В дополнение, необходимо учитывать, что они подвержены длительным коротким замыканиям, от которых требуется дополнительная защита, а также могут быть чувствительными к перепадам напряжения в электрической сети.

Назначение

Эти устройства, работающие на постоянном токе, предназначены для проведения сварочных работ в различных сферах человеческой деятельности. Они находят применение при сварке как высоко- так и низкоуглеродистых сталей, цветных металлов, алюминиевых и титановых сплавов, чугуна, нержавеющей стали и также для сварки на обратной полярности. В зависимости от типа сварочного процесса, выпрямители могут быть спроектированы следующим образом:

• для ручной дуговой сварки с использованием покрытого электрода (MMA);
• для сварки с использованием плавящегося электрода в среде защитных газов (MIG);
• для аргонно-дуговой сварки с неплавящимся электродом (TIG).

Основные параметры выпрямителей

Качество сварного шва напрямую зависит от выбора соответствующего оборудования. Важно учесть следующие характеристики сварочного выпрямителя:

• величину питающего напряжения (220 В или 380 В);
• мощность сварочного выпрямителя;
• значение сварочного тока и диапазоны его регулировки;
• величину напряжения холостого хода;
• показатель продолжительности включения (ПВ);
• степень защиты от пыли и влаги (IP);
• тип охлаждения (естественное или принудительное);
• габаритные параметры и вес установки.

Применение сварочного выпрямителя в работе

Процесс сварки с использованием выпрямителя отличается простотой и доступностью. Данный процесс можно описать следующим образом:

• Сварщик соединяет электрод и заземляющий провод с сварочным аппаратом;
• Устанавливаются требуемые настройки на сварочном выпрямителе;
• Запускается электрическая дуга, которая плавит металл и формирует сварочную ванну;
• На месте контакта свариваемых деталей образуется сварочный шов, формируемый из их кромок;
• По завершении работы аппарат отключается, производится его чистка и визуальный осмотр на предмет возможных повреждений.

Благодаря простоте использования и высокому качеству сварки, выпрямители находят широкое применение в различных отраслях. Примеры их практического применения могут включать:

• Сварочные работы на строительных площадках для формирования металлических конструкций и каркасных систем, а также для ремонта и укрепления действующих металлических конструкций;
• В автомастерских, где их применяют для ремонта металлических частей автомобилей, таких как кузов, рама, элементы подвески;
• При ремонте и обслуживании трубопроводов, используемых для транспортировки жидкостей и газов.

Заключение

Сварочный аппарат является важным инструментом для соединения металлических конструкций и деталей в различных отраслях промышленности. Правильный выбор оборудования помогает достичь высоких результатов в работе, обеспечивая безопасность как сварщика, так и людей вокруг него.

При выборе сварочного аппарата важно учитывать параметры выполняемой работы, такие как толщина обрабатываемого металла, нужная сила сварочного тока и напряжение, а также тип используемого электрода. Также следует проверить, что сварочный аппарат отвечает нормам техники безопасности и имеет все необходимые сертификаты и разрешения.

Разновидности сварочных выпрямителей

Сварочные инверторы, которые производят постоянный ток, различаются по спектру конструкции и параметрам мощности.

• выпрямители, регулируемые трансформатором;
• устройства с дросселем – индукционной катушкой, которая поможет сгладить резкие изменения в напряжении;
• выпрямители с регулирующими тиристорами, способными менять напряжение тока;
• устройства с транзисторами – полупроводники, которые снижают скачки импульсного тока;
• инверторы – которые преобразуют частотный ток с соответствующим регулятором силы.

Выпрямители классифицируются по возможностям вольт-амперного регулирования, кратко описывающего их показателям:

1. Трехфазные модели, предназначенные для ручной электродуговой сварки. Они часто бывают громоздкими и работают с большими энергетическими потерями. Мощность этих моделей ограничена характеристиками трансформатора, который может использовать металлический или магнитный шунт для добавления снабжения сопротивления.
2. Автоматические и полуавтоматические модели, в которых силовой поток регулируется за счет магнитного поля. Реостатная вторичная обмотка позволяет менять количество витков, что является принципом вольт-амперного регулирования. Импульсная регулировка может включать осциллограф для точных настроек. Ток в этих устройствах сначала выпрямляется, а затем трансформируется в переменный высокой чистоты.
3. Дроссельные трехфазные выпрямители для аргонной и дуговой сварки. Эти устройства оснащены дополнительным сердечником с обмоткой, который функционирует как накопитель заряда, передаваемого на выпрямляющий конденсатор.

Преимущества и недостатки

Устройства отличаются высокой мощностью при компактных размерах. В качестве наиболее небольших по габаритам обычно рассматривают инверторы. Чаще всего эти устройства объединяются в отдельную категорию, так как внутри них трансформатор занимает не более одной пятой общего объема.

Ключевое отличие сварочных выпрямителей от традиционных трансформаторов заключается в их способности производить постоянный ток вместо переменного. Эта функция является основой основных достоинств выпрямителей:

• Когда на плавящийся электрод подается однополярный заряд, это способствует его более быстрому загоранию;
• Происходит снижение энергопотерь, поскольку КПД стандартного трансформатора значительно ниже;
• Горение электрической дуги стабилизируется;
• При равномерном плавлении стержня в ванне расплава существенно уменьшается уровень брызг, что снижает риск травм и случайных возгораний;
• Контроль над качеством сварного шва становится проще, он получается более ровным;
• Расширяются возможности сварочных процессов;
• Сокращается расход добавочных соединительных материалов, что становится ощутимой экономией при больших объемах работ.

Тем не менее, вместе с преимуществами, большинство выпрямителей имеют некоторые недостатки:

• Хотя потери мощности значительно снижаются, они все же существуют;
• Выпрямители менее эффективны при падениях напряжения в электрической сети;
• Могут выйти из строя, даже если произошли временные короткие замыкания в электросети;
• Некоторые модели боятся воздействия влаги и пыли.

Выпрямители, как и любое другое сварочное оборудование, нуждаются в тщательном техническом обслуживании.

Обслуживание и основные неисправности

Перед первым подключением новых выпрямителей рекомендуется их разгрузить. Оптимально это делать с помощью бытового фена на умеренных температурах. Важно удалить пыль и влагу, так как они могут снизить сопротивление медных обмоток, предусмотренных в трансформаторе. Процедуру очистки стоит повторять каждые три месяца.

После длительного периода хранения (до одного года) важно дать полупроводникам «поработать» — выпрямитель следует запустить в различных режимах с минимальной нагрузкой. После двух часов работы устройство начинает функционировать стабильно, что снижает риск сбоев во время сварочного процесса. Также полезно проверить исправность вентилятора и увериться, что аппарат не перегревается.

Некоторые из возможных неисправностей сварочного выпрямителя и варианты их устранения:

Если аппарат не запускается при подключении к сети, может быть несколько причин:

• Контакт в питающем проводе поврежден или имеется дефект на разъеме — следует проверить кабель и заменить вилку при необходимости;
• Отсутствует напряжение в сети — проверьте состояние входного рубильника;
• Один из узлов может быть неисправен — в этом случае следует обратиться в сервисный центр или попытаться отремонтировать устройство самостоятельно;
• Полупроводниковые элементы могли выработать свой ресурс — в этом случае необходима перепайка схемы.

Если плавящийся электрод залипает и инвертор издает звуковые сигналы, необходимо:

• Проверить работоспособность полупроводников и конденсатора;
• Убедиться в отсутствии просадки питающей сети;
• Посмотреть целостность дроссельной обмотки.

Если инвертор самопроизвольно отключается в процессе работы, это может произойти из-за:

• Перегрева устройства — проверить исправность вентилятора и системы охлаждения;
• Неисправности обмотки встроенного трансформатора — в этом случае необходимо снять устаревшую обмотку и установить новую.

Когда аппарат перестает подавать питание с нужными параметрами, важно на ощупь определить, насколько горячий корпус, и проследить за подачей воздуха в вентилятор, чтобы избежать перегрева генератора.

Если наблюдаются скачки напряжения холостого хода, следует проверить:

• Регулятор;
• Предохранители первичной обмотки;
• Плотность крепления контактов на клеммах пускателя.

Схемы подключения инвертора доступны в инструкции по эксплуатации данного оборудования. Следует уделять внимание качеству монтажа и следования рекомендациям.