Сварочный выпрямитель — что это такое и как использовать?

Выпрямитель сварочный предназначается для питания электрическим током сварочного поста при ручной, электродуговой сварке. Его задача – преобразование тока переменной частоты в постоянный электрический разряд, необходимый для процесса плавления металла.

Что это такое?

Данное устройство состоит из несколько полупроводниковых блоков, которые выпрямляют ток до значения, достаточного для проведения работ. Как и любое другое сварочное оборудование, выпрямитель имеет два контакта – положительный и отрицательный.

Один крепится на заготовку, второй оснащен горелкой или электродным держателем. Полярность работ зависит от типа выпрямителя и необходимого режима работы.

Соединение происходит за счет возбуждения сварочной дуги между электродом и соединяемой поверхностью.

Устройство сварочного выпрямителя – начнем с теории

Бытовые сварочные аппараты – это выпрямители и инверторы малой мощности, со сравнительно низким номинальным сварочным током. Имея большую длительность паузы для охлаждения между периодами работы, они малоэффективны при выполнении больших объемов работ в промышленности и производстве. Единственная занимаемая такими агрегатами ниша – бытовое назначение, а также мелко-подрядный бизнес.

Классическая компоновка сварочного аппарата включает в себя:

• понижающий трансформатор;
• выпрямитель (мост из полупроводниковых элементов);
• конденсаторный блок (для сглаживания пульсаций на выходе преобразователя).

Перед изготовлением или приобретением любого инструмента, будь это строительный уровень или перфоратор, а у нас сварочный аппарат, необходимо определить, какие виды работ он будет выполнять. От этого напрямую зависят массогабаритные показатели устройства, типоразмер используемого электрода и, соответственно, толщина листов свариваемого металла.

Наилучшие показатели по качеству выходящего тока имеют трехфазные аппараты, подключаемые к сети 380 Вольт. Ими можно дольше работать без перерывов для охлаждения, а также производить работы с более массивными стальными конструкциями в пределах 200-400 Ампер. Идеально подойдут для сварки контейнеров, ларьков, гаражных ворот. Это то, что нужно, для малого бизнеса.

Существенным недостатком является ограниченный доступ к питающей сети. Не все дачные поселки и гаражные общества могут похвастаться доступом к таким силовым коммуникациям. К тому же, сварочный аппарат, обладающий трехфазным трансформатором, будет в 1,5-2 раза тяжелее однофазного собрата. Суммарный вес устройства с легкостью перевалит за сотню килограмм. Одному человеку такой вес не под силу, возникает необходимость монтировать колеса для передвижения или же использовать тороидальный трансформатор, который снизит общий вес на 20-40 процентов. Но стоит учесть, что его придется наматывать самому.

Однофазный сварочный выпрямитель для сварки, смонтированный на однофазном трансформаторе, рассчитанном на сеть 220 Вольт, значительно легче. Его масса на 90 % зависит от веса понижающего трансформатора и будет в пределах 30-80 килограмм. Данная техника может работать на токах 125-180 Ампер, обеспечивая качественный сварной шов при сварке несложных конструкций – ворот, навесов или ручной бетономешалки. Легкость и доступность электрической сети делают однофазные устройства крайне мобильными. Ими можно работать не только на верхних этажах высоток, но и там, где электричества нет вообще, питаясь от бензинового генератора.

Устройство, из чего состоит

Сварочный выпрямитель Telwin LINEAR 410 S

Сварочный выпрямитель состоит из следующих узлов и блоков:

• силовой трансформатор. По устройству и принципу действия он схож с трансформатором для сварки на переменном токе;
• выпрямительный блок на полупроводниковых приборах. Для преобразования переменного тока в постоянный используются полупроводниковые элементы:
  • неуправляемые вентили — кремниевые диоды;
  • управляемые вентили — тиристоры;
• пусковое устройство. Автомат с опцией отключения от сети в случае выхода из строя выпрямителя;
• панель управления с органами регулировки и измерительными приборами;
• блок защиты от токовых перегрузок и перегрева. Предотвращает выход из строя выпрямителя в случае ошибок сварщика;
• система охлаждения. В неё входят радиаторы охлаждения вентилей и вентилятор. Для создания оптимального температурного режима в корпусе выпрямителя, вентилятор запускается на короткое время при его включении.

Целесообразно применять трехфазный выпрямитель, т. е. укомплектованный трёхфазным трансформатором. В этом случае будет значительно ниже пульсация выпрямленного напряжения, что повышает КПД сварочного устройства и улучшает качество сварного шва.

Конструктивные особенности

Выпрямитель сварочный имеет три основных элемента:

• силовой трансформатор (для первичного приема нагрузки и передачи ее к выпрямляющему элементу; здесь происходит преобразование переменного тока в импульсный, обеспечивающий появление сварочной дуги);
• выпрямляющий трансформатор (преобразует импульсный ток в постоянный с напряжением 220 В; в элементе ток проходит через несколько резисторов, при этом сила тока растет, а напряжение падает);
• регулировочные элементы и кабели.

Каждый из трансформаторов состоит еще из нескольких элементов, без которых преобразования тока не случится. Подробнее о том, как сварочный выпрямитель делает это возможным — ниже.

Назначение выпрямителя

Сварка представляет собой соединение двух металлических деталей путем замыкания дуги между соединяемой поверхностью и концом плавящегося электрода сварочного выпрямителя.

Два кабеля подсоединяются к выходящим клеммам устройства: первый фиксируется на свариваемой детали из металла, на конце второго размещается держатель или горелка.

Сварочный выпрямитель.

Полярность, а также режим осуществления сварной операции определяется конкретным полюсом крепления к свариваемым металлическим частям конструкции.

Выпрямитель для сварки имеет довольно простую конструкцию. Он состоит из нескольких блоков, которые обеспечивают сварщику стабильный рабочий процесс. В итоге, на выходе можно получить постоянный ток такой силы, которая необходима для проведения сварки деталей из стали, цветных металлов.

На заметку! Такое оборудование также позволяет сварщику выполнить сварные работы обратной полярности на конструкциях из тонколистовой, нержавеющей, легированной и высокоуглеродистой стали, которые чрезмерно чувствительны к перегреву.

Выпрямители относятся к более совершенным агрегатам для работы с металлическими конструкциями в сравнении с обычными трансформаторами, поскольку обладают рядом преимуществ:

• обеспечивают постоянное горение дуги, что продлевает рабочее время аппарата;
• при их эксплуатации сводится к минимуму количество брызг расплавленного присадочного и основного металла;
• позволяют достигнуть ровной поверхности шва с микроскопическим чешуйчатым рисунком;
• повышают свариваемость цветных и легированных металлов, что существенным образом улучшает качество выполненных соединений;
• предоставляют сварщику возможность сэкономить расходные материалы при выполнении сварных работ, что снижает себестоимость готового изделия.

Применение

Мощные устройства с постоянным электротоком дают возможность производить сварку многих разновидностей стали. Некоторые установки могут соединять изделия толщиной до 50 миллиметров.

Сварочный прибор может расплавлять и электродные стержни, и кромки металла. Кроме этого, выпрямители также работают и с проволокой-присадкой, которая подается с помощью катушки.

Преобразователи могут работать и с угольными и вольфрамовыми (неплавящимися) электродами. В этой ситуации ванну для сварки защищают с помощью подачи инертных газов. Так, пользуясь выпрямителем, можно производить обработку малоуглеродистой стали, нержавейки и чугуна.

Помимо сварки, устройства используются и для резки металлических изделий. Это становится возможным из-за повышения силы электротока.

Устройство сварочного выпрямителя предполагает несколько блоков. Самые главные детали агрегата:

• диоды;
• трансформатор;
• модуль охлаждения;
• устройства для измерения;
• токорегуляторы.

Прибор функционирует по принципу подачи электротока переменного типа на первичную трансформаторную обмотку. Благодаря силе электромагнитной индукции на поверхности вторичной обмотке формируется другой поток тока с увеличенной силой и уменьшенным напряжением.

Затем поток направляется на диоды, в качестве которых зачастую выступают кремниевые детали. В связи с тем, что при этом диоды подвергаются нагреву, то около них размещается вентилятор и радиаторы. Для того чтобы контролировать эксплуатационные характеристики, в системе имеются вольтметр и амперметр. Некоторые устройства могут оснащаться специальными датчиками, реагирующими на перегрев. Если случится превышение одного из показателей, то сработает защитный блок, и сварка остановится.

Схема сварочного выпрямителя, работающего от трехфазной сети

Выпрямители, построенные для питания от трехфазной электрической сети, имеют меньшую пульсацию выходного напряжения, благодаря тому, что фазы сети перекрывают друг друга, и напряжение не опускается до нуля. Один из вариантов построения трехфазного выпрямителя – это включение в каждую фазу, за обмоткой трансформатора, полупроводникового элемента, по направлению от обмотки. Далее эти выходы от диодов коммутируются в один вывод – положительный полюс источника питания, отрицательным полюсом является нулевой вывод с обмоток трансформатора.

Диодный мост пропускает только одну полуволну от каждой фазы, смещенную на 120 электрических градусов относительно друг друга. Пульсации у данной схемы в три раза чаще, чем у схем с одним включенным диодом, но амплитуда колебаний значительно меньше. Преимущества такой конструкции – это использование всего трех полупроводников, а вот недостаток все тот же – нулевой вывод с обмотки трансформатора, а значит соединение обмоток питающего трансформатора только по схеме «звезда».

Мостовая трехфазная схема выпрямления или схема Ларионова уменьшает амплитуду пульсаций, но увеличивает их количество в три раза, по сравнению с предыдущей схемой. Диоды располагаются последовательно один за другим, а между ними к цепи подключается фаза трансформатора. Выходы с полупроводников после каждой фазы соединяются, образуя положительный полюс источника питания. Соединив входы диодов, располагающиеся до соединения цепи с фазой, получим отрицательный полюс.

Такая схема идеальна с точки зрения изготовления сварочного выпрямителя своими руками без дополнительных электронных составляющих. Вводить в цепь параллельно нагрузке конденсатор можно, но не целесообразно, качество напряжения на выходе и так высокое. Еще одним преимуществом данной схемы является возможность соединять обмотки, как по схеме «треугольник», так и по схеме «звезда», не используя «нулевой» провод.

Устройство и принцип работы

В схему сварочного выпрямителя входят следующие элементы:

• трансформатор – регулируют напряжение (когда подаваемый от сети ток проходит через трансформатор, силовая нагрузка уменьшается до напряжения холостого хода);
• выпрямляющий блок – несколько полупроводниковых элементов преобразуют переменный ток в постоянный;
• частотные и силовые регуляторы;
• накопители заряда, сглаживающие импульсные скачки.

Устройство сварочного выпрямителя

Чтобы понять принцип работы устройства, вспомним механизм действия полупроводников. Они пропускают электроны только в положительном полупериоде. При включении в схему нескольких проводников, удается получить много полупериодных кривых, при их наложении возникает постоянный ток.

Схема сварочного выпрямителя

Разновидности аппаратов

Главный критерий классификации устройств — конструктивная схема силового трансформатора. В общем случае выделяют пять групп выпрямителей:

• с насыщающим дросселем;
• с тиристорами (многопостовые выпрямители);
• с транзисторами (полупроводниковые);
• инверторные;
• выпрямители, сила тока в которых регулируется только трансформатором.

Еще один критерий классификации — вольт-амперные характеристики устройства. Так различают:

• выпрямители для полуавтоматической или автоматической сварки (у них регулировка напряжения производится при помощи виткового реостата, магнита, осциллографа или силового кабеля);
• устройства для ручной дуговой сварки (имеют в конструкции дополнительный магнитный шунт или утяжеленную конструкцию для повышения сопротивления).

Условно, третьим подвидом выпрямителей по вольт-амперным характеристикам можно считать дроссельные устройства. Дроссель — это стальной электрод, обмотанный токопроводящим элементом.

Многопостовые сварочные выпрямители – считаем рабочие места

Трехфазные сети также позволяют подключать многопостовые сварочные аппараты. Мощности бытовой, однофазной сети на 220 Вольт попросту не хватит для столь мощной нагрузки. Для обеспечения работы всех постов выпрямители имеют жесткую внешнюю Вольт-Амперную характеристику. Каждый вывод для сварки имеет собственный реостат и дроссель, для индивидуальной регулировки.

Их преимущество в меньших затратах на обслуживании оборудования, а сфера применения – сварочные площадки с большим объемом работы. Это могут быть строительные площадки, на которых производится монтаж сложных металлоконструкций или судостроительные верфи. То есть область применения промышленность, но никак не быт. Количество подключаемых сварочных постов для многопостового выпрямителя рассчитаем по формуле:

• n= Iвыпр/k* Iнагр;
• где Iвыпр – номинальный ток, на который рассчитан выпрямитель;
• Iнагр – ток, необходимый для одного поста;
• k – коэффициент, учитывающий одновременную работу постов, для механической сварки берется в пределах 0.5-0.7.

Для какого вида сварки используются

C помощью этого оборудования производится большинство сварочных технологий. Они включают сварку ММА (ручная дуговая с электродом с покрытием), MIG (сварка плавлением в среде защитного газа), TIG ( аргонно-дуговая сварка неплавящимся электродом). Использование выпрямителей дает возможность сваривать не только черные металлы, но и нержавеющие, жаропрочные и жаростойкие высоколегированные стали, чугуны, цветные металлы, алюминиевые и титановые сплавы.

Какие электроды используются

Сварка может производиться электродами любых типов:

• сварочными электродами постоянного тока (например: УОНИИ-13/55 или УОНИ-13/55);
• универсальными электродами (например: АНО-4, МР-3 или ОЗС-12);
• специальными электродами.

Сварочный выпрямитель своими руками

Выпрямитель для сварочного аппарата строится вокруг полупроводниковых элементов, суть которых – пропускать электрические потоки только в одном направлении. На сегодняшний день использовать в схемах выпрямления можно три устройства:

• диод (самый лучший, потому что самый простой, при его использовании в схему выпрямительного устройства не надо вводить блоки управления);
• тиристор (для протекания тока он должен получить сигнал от системы управлении, когда проходящий ток опускается до нуля или напряжение на нем становится меньше, чем в следующей фазе, вентиль запирается);
• транзистор (полностью управляемый «вентиль», для открытия и закрытия которого необходимо подавать сигнал на управляющий электрод, к тому же, самый дорогостоящий элемент).

Использовать диод лучше всего, подумаете вы, он проще и удобней в эксплуатации. Однако есть одна особенность, при использовании диодов электрическая цепь потребует введения резистора, для регулирования силы тока. При использовании транзистора или тиристора регулировка напряжения может осуществляться блоком управления, через задержку открытия-закрытия «вентилей», уменьшая напряжение на выходе выпрямителя и тем самым снижая ток.

Очень важно выбирать любой из вышеперечисленных элементов с запасом. Реально протекающий по цепи ток должен быть в 1.5-2 раза меньше, чем номинальный, на который рассчитан полупроводник. Максимальное обратное напряжение «вентиля» должно быть в 2 раза выше, чем напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Иначе возможны пробои элементов или выход из строя из-за перегрева.

Если есть желание, деньги и время повозиться с блоком управления, то ставим тиристоры или силовые транзисторы. Найти схему устройства блоков управления достаточно просто.

Использование диодного моста подразумевает применение мощного сопротивления, для регулировки тока сварки. Идеальный вариант – использование готового реостата в виде нихромовой или никелевой проволоки, намотанной на термостойкий диэлектрик. Можно подобрать фехралевую ступень разгона для электрических двигателей, ну или на крайний случай – стальную проволоку, опять же намотанную на диэлектрик. Выбирая сопротивление, следует исходить из того, что полностью введенное в цепь сопротивление снизит ток до нуля. Длина реостата рассчитывается по следующей формуле:

• L=R/r*S;
• где R – полная величина сопротивления, необходимая для уменьшения тока сварки до нуля;
• r – удельное сопротивление материала, берется из справочника, как вариант, Википедии;
• S – сечение наматываемой проволоки.

Еще один элемент, который иногда используют в схеме выпрямителя – дроссель. Рассчитать его параметры достаточно сложно и трудоемко, определение простого значения индуктивности не поможет. Даже если вы знаете количество витков, значительное влияние на индуктивность может оказать плотность намотки меди на магнитопровод, а также наличие зазора между проволокой и стальным сердечником.

Выход из данной ситуации – это экспериментальное определение: наматываем дроссель в несколько слоев с пятью или шестью отводами, производим тестовую сварку и по характерному треску, а также брызгам расплавленного металла подбираем индуктивность. Чем меньше брызг и слабее треск, тем лучше. Однако не всегда требуется внедрение индуктивности, так как для обеспечения падающей Вольт-Амперной характеристики сварочного аппарата может хватить индуктивности обмоток трансформатора.

Обслуживание и основные неисправности

Новые преобразователи обязательно продувают перед включением в сеть. Делать это лучше бытовым феном на среднем режиме нагрева. Нужно устранить скопившуюся пыль, возможную влагу, она снижает сопротивление медных обмоток встроенного трансформатора. Раз в квартал продувку повторяют.

После длительного хранения (до года) преобразователя, перед работой полезно «прокачать» полупроводники – дать выпрямителю поработать на разных режимах, начиная с минимального. После двухчасовой «обкатки» устройство будет стабильно работать, не откажет во время сварки. Важно следить за исправность вентилятора, оборудование не должно перегреваться.

Возможные неисправности сварочного выпрямителя и методы их устранения:

Устройство не включается при подключении к сети. Такое возможно:

• при переломе жилы запитывающего проводника, брякают контакты в вилке – проверяют кабель, меняют вилку;
• в сети отсутствует напряжение – необходимо проверить входной рубильник;
• один из узлов вышел из строя – пора нести преобразователь в сервис или чинить устройства самостоятельно;
• выработан ресурс полупроводниковых элементов – требуется перепайка схемы.

Плавящийся электрод залипает, а преобразователь гудит – нужно:

• проверить исправность полупроводников и конденсатора;
• убедиться, что нет просадки питающей электросети;
• посмотреть целостность обмотки дросселя.

Преобразователь самопроизвольно отключается при работе – такое бывает:

• при перегреве, проверяют исправность вентилятора или охлаждающей системы;
• прорыве обмотки встроенного трансформатора – снимают старую, делают новую.

Устройство перестает выдавать питание нужных параметров – надо потрогать корпус, насколько он горячий, проверить подачу воздуха к вентилятору, дать генератору отдохнуть.

Прыгает напряжение холостого и рабочего тока – проверяют:

• ручку регулятора;
• предохранители первичной обмотки;
• плотность закрепления контактов клеммы у пускателя.

Схемы преобразователей указаны в инструкции по эксплуатации. Для ремонта устройств требуются электротехнические знания, навыки пайки. Лучше отдать устройство в сервисный центр. Они точно определят причину поломки, устранят ее.

Инверторный сварочный выпрямитель: разбираем, что к чему

Схема работы инверторного аппарата немного другая, чем у классического. Вместо понижающего трансформатора у него на входе устанавливается электронный фильтр, который преобразует частоту входящего электрического тока с 50 Гц до нескольких десятков кГц. После устанавливается понижающий трансформатор, а уже потом выпрямительный мост. Достоинства таких сварочных аппаратов в малом весе, по сравнению с обычными. Это достигается за счет того, что магнитопровод высокочастотного трансформатора имеет меньшие массогабаритные показатели.

Выпрямители инверторных сварочных аппаратов строятся на базе тиристоров, с системой импульсно фазового управления. Далее, как и положено, в цепь сварки, параллельно нагрузке, подключают конденсатор, а перед сварочным электродом – реостат и дроссель. Недостаток рассматриваемых выпрямителей – в количестве электроники, собрать его самому почти невозможно, как и починить. Однопостовые сварочные выпрямители с хорошими показателями выпрямленного тока при наличии всех необходимых компонентов можно собирать у себя дома, и это достойная альтернатива покупке нового выпрямителя.

Правила ухода и обслуживания

Большинство сварщиков сходятся во мнении, что сварочный трансформатор постоянного тока неприхотлив в обслуживании, и ломаться у изделия попросту нечему. Это верно, однако ряд мер стоит соблюсти. К ним относятся:

• визуальный осмотр на предмет мелких неполадок (сюда входит проверка целостности контактов, оценка функционирования вентилятора — он работает на двух фазах, поэтому иногда выходит из строя);
• препятствование попаданию влаги на устройство или внутрь него;
• продувка аппарата чистым сухим воздухом (для удаления мелкой грязи и пыли; рекомендуется выполнять ежемесячно).

Разновидности аппаратов: основные типы

По типу конструкции различают три вида выпрямителей:

• однофазные;
• двухфазные;
• трехфазные.

На промышленных предприятиях чаще всего используют трехфазные аппараты с большим количеством диодов. Они выгодно отличаются тем, что способным работать с различными металлами, независимо от толщины заготовки. Производственные модели, как правило, представляют собой многопостовые агрегаты. Эксплуатация таких агрегатов подразумевает использование балластных реостатов для индивидуальной регулировки тока каждого поста.

Инверторный выпрямитель знаком многим владельцам частных домов и загородных участков. Данные устройства характеризуются многоступенчатым процессом выпрямления тока. Инверторы отличаются малым весом и компактными размерами, что является несомненным преимуществом для устройства бытового назначения.

Преимущества, характеристики перед аппаратами-трансформаторами

В отличие от трансформаторов, выпрямители обеспечивают куда более мощные энергетические показатели, обладают большей широтой пределов регулирования, они намного проще и надежней в использовании, имеют меньший вес и габариты, большую экономичность при изготовлении, и, что несомненно приятно — они практически бесшумны. Поскольку ток идет непрерывно, увеличиваются глубина проплавления металла, сварка идет стабильно,повышаются прочность и качество шва.

Сварочный выпрямитель СиМЗ ВД-306 СТ. Фото 220Вольт

Как подключить балластник, балластный реостат

Балластный реостат (балластник) — устройство цепи со сварочным выпрямителем, с помощью которого сварщик производит регулировку тока. Принцип регулирования основан на действии известного в электротехнике закона Ома. Чем выше сопротивление, которое представляет собой балластник, тем меньше сила тока.

Обычно балластник представляет собой пружину, эффективность работы которой зависит от оптимально подобранных длине пружины, диаметру витков и проволоки, а также материала из которого она изготовлена. К пружине подключается контакт регулятора, перемещая который по направлению навивки, изменяют ее сопротивление, а значит и силу тока. Контакт регулятора соединяется с проводом держака сварочного аппарата. Другой конец подключается к питающей сети.

Бренды, модели

Сварочный выпрямитель BRIMA MIGSTAR-160

К популярным моделям сварочных выпрямителей относятся:

• сварочный выпрямитель бренд Telwin модель LINEAR 410 /S. Параметры: 15000 Вт, 350 А.
• сварочный выпрямитель аргонодуговой сварки бренд Blue Weld KING модель TIG 200 AC/DC-HF/Lift 832200.
• сварочный выпрямитель бренд Blueweld модель Combi 4.135 Turbo.
• сварочный выпрямитель бренд BRIMA модель MIGSTAR-160.

Полный перечень брендов и моделей оснащения для сварки на постоянном токе представлен на официальных сайтах поставщиков.

Где купить

Сварочные аппараты различных типов, в том числе и выпрямители, предлагают как производители, так и широкий перечень поставщиков. Предприятия, представленные в разделе «Где купить сварочные аппараты», реализуют обширный ассортимент выпрямителей разных торговых марок.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...