ИИСТ (інверторні джерела зварювального струму) в наш час практично повністю витіснили своїх попередників - трансформаторні джерела, принцип роботи яких базується на знижувальному трансформаторі. Подібні трансформатори працювали на частоті електромережі - 50-65 Гц і були досить громіздкими пристроями. Схема зварювального інвертора відрізняється від трансформаторного і далі ми пояснимо, чому саме.

Поява зварювальних інверторів

Хода ИИСТ по планеті почалося в 90-х роках двадцятого століття і зараз можна з упевненістю заявити, що на ринку зварювальних агрегатів як промислового, так і побутового призначення лідером є саме інверторні зварювальні установки. Зараз вони повсюдно використовуються:

• в дугового зварювання не плавляться і штучними електродами;
• в зварюванні автоматичного і напівавтоматичного;
• в зварюванні алюмінієвих деталей, плазмової різки та в інших видах електрозварювання.

Що таке ИИСТ і чим він відрізняється від класичних, трансформаторних джерел зварювального струму? Це апарат для зварювання, який працює за принципом комп'ютерного блоку живлення, тобто, як імпульсний БП. Від трансформаторних агрегатів зварювальний інвертор відрізняється набагато меншими розмірами і, навпаки, значно переважаючими частотами. Тобто, якщо трансформаторні апарати працюють на частоті 50 Гц (частота струму в мережі в РФ та інших країнах), то зварювальні інвертори мають частоту 55-75 кГц.

Такий підхід дозволяє серйозно зменшити розміри апарату, а також знизити витрати на його виробництво - котушка в інверторному джерелі струму менше трансформаторної в рази, відповідно, менше потрібно дорогої міді.

Принципові і електричні схеми

Принципова схема зварювального інвертора грунтується на блоці високочастотних транзисторів, що працюють на частоті 55-75 кГц. Щоб ці ключові елементи працювали, потрібно скоммутіровать на них вхідний струм, а він надходить з діодного моста високої потужності. Вхідна напруга випрямляється їм, а також вирівнюється фільтруючими конденсаторами таким чином, що на виході першого етапу ми отримуємо потужний постійний струм напругою понад 220В.

Ця електрична схема зварювального інвертора працює як джерело живлення для транзисторного блоку ИИСТ. Транзистори працюють на підвищеній частоті в 60-80кГц, відповідно, понижуючий трансформатор теж буде працювати на цій частоті. Відповідно, даний факт дозволяє серйозно зменшити розміри трансформатора і всього зварювального інвертора. Як результат - зварювальний апарат стає набагато менше його класичного побратима, але при цьому зберігає таку ж потужність.

Отже, якщо розглянути принцип роботи зварювального апарату інверторного типу, то порядок дій, виконуваних пристроєм, буде наступний:

1. Змінний струм 220В, що отримується з електромережі випрямляється доданими мостом. Як заходи, щоб перешкоди від роботи високочастотних конденсаторів не потрапляли в мережу, перед мостом встановлюється помеховий фільтр, що перешкоджає цьому.
2. Після цього ток вирівнюється конденсаторами і надходить на транзисторний блок. Треба відзначити, що на конденсаторах напруга струму буде приблизно в 1,5 рази вище, ніж на виході діодного моста.
3. Постійний струм направляється транзисторами через первинну обмотку понижувального трансформатора з частотою, кратно перевищує початкову. За фактом, ми отримуємо високочастотний змінний струм.
4. Далі цей струм надходить в понижуючий високочастотний трансформатор, що відрізняється великим перетином вторинної обмотки або ж використовувати інші методи обмоточного матеріалу.
5. Трансформатор знижує струм до напруги 50-70В. В цей же час сила струму кратно зростає і може перевищити 130А. У кустарних збірках можуть використовуватися трансформатори з вторинною обмоткою з мідного жерсті товщиною 0.3 і шириною 40 мм. Такий підхід обумовлений тим, що високочастотні струми витісняються на поверхню провідника і серцевину товстого провідник не задіюють, що викликає нагрівання провідника.

Після цього випрямлення отриманого струму вихідними діодами. Нюанс роботи вихідного діода в тому, що йому доводиться працювати з високочастотним струмом, а з цим впорається не кожен діод. У даній ситуації необхідно використовувати швидкодіючі діоди з часом відновлення менше 50 наносекунд, оскільки звичайні діоди просто не встигатимуть спрацьовувати, враховуючи частоту надходить струму.

У підсумку на виході ми отримуємо необхідний для зварювання постійний струм низької напруги, але вкрай високої сили струму.

Така принципова схема роботи джерела инверторного зварювального струму. У кожній конкретній моделі присутні відмінності, закладені виробником, додаткові схеми, що збільшують надійність і безпеку пристрою, наприклад, блок термоконтроля, який захищає основні елементи агрегату від перегріву, а також управляє системою охолодження. Але, не дивлячись на відмінності в деталях, всі інверторні зварювальні апарати працюють по наведеним вище принципом.

Види зварювальних інверторів і їх схеми

Як приклад можна подивитися на вітчизняні зварювальні інвертори Ресанта. Компанія поставляє як стандартну лінійку інверторів різної потужності, так і компактні версії інверторів, деякі з яких можуть поміститися в невеликій кейс. На цьому ж принципі працюють плазмові різаки і аргонодугового зварювальні апарати Ресанта.

Також на ринку є і закордонні виробники, наприклад, німецька компанія FUBAG. Німці пропонують вкрай надійні агрегати, як багатофункціональні, так і вузькоспеціалізовані. Плюс німецькі апарати можуть похвалитися великою кількістю додаткових функцій. Це примусове охолодження, робота на знижених потужностях, додаткова підстраховка зварника, мікропроцесорне управління і багато іншого.

Крім того, при бажанні, можна зібрати зварювальний інвертор своїми руками. Процес складання не займе багато часу, достатньо володіти початковими знаннями в електротехніці. Принципові схеми інверторів є у відкритому доступі, виготовлення друкованої плати безпосередньо самого силового блоку не складе великих труднощів. Доступність елементної бази для виготовлення інвертора дуже висока, проте понижуючий трансформатор найкраще буде зробити самостійно, щоб позбутися від проблеми високого нагріву трансформатора. Головне - не забувати про помеховий фільтр для захисту власної електромережі.