Инвертор сварочный — принцип работы и выбор подходящего оборудования

Рассмотрим инверторы для сварки MMA, MIG/MAG, TIG и CUT. Поговорим о принципе работы и особенностях инверторной сварки. Как выбрать подходящий сварочный инвертор и на что обратить внимание при выборе? Также проведем обзор компактных устройств. Итак, инвертор сварочный это…

Сварочный инвертор – это устоявшееся обиходное название сварочных аппаратов, использующих в качестве источника тока инверторный преобразователь. Такие устройства применяют для различных технологий электродуговой сварки: MMA (ручная покрытыми электродами), TIG (аргонодуговая) и MIG/MAG (в инертной или активной газовой среде). Как правило, все сварочные инверторы MIG/MAG и TIG также могут выполнять сварку MMA. Кроме того, ведущие производители выпускают комбинированные установки, в которых объединены все три типа.

Все эти технологии были разработаны для разных видов сварочных работ и соединения разнообразных металлов и их сплавов. Прежде чем приступить к выбору сварочного аппарата, нужно ответить на два вопроса: какие виды сварки предполагается выполнять и в каких условиях он будет работать. Сейчас на рынке предлагается огромное количество моделей как бытового, так и производственного сварочного оборудования с самым широким диапазоном технических характеристик. Понять, какая из них лучше и какой фирме-производителю отдать предпочтение, очень непросто. Единственный выход в такой ситуации — самостоятельно разобраться с основами сварочных технологий и принципами работы современного оборудования.

Оглавление

• Особенности и принцип работы сварочного инвертора
• Виды инверторов
• Характеристики и критерии выбора инвертора
  • 3.1 Входное напряжение
  • 3.2 Сварочный ток
  • 3.3 Напряжение холостого хода
  • 3.4 Режим работы на максимальном токе
  • 3.5 Полезные дополнительные функции
• Какой инвертор выбрать для домашнего пользования
• Популярные инверторы для дуговой сварки
  • 5.1 Aurora
  • 5.2 BlueWeld
  • 5.3 «Форсаж»
  • 5.4 «Ресанта»
  • 5.5 Patriot
  • 5.6 «Интерскол»
  • 5.7 Fubag
  • 5.8 Elitech
  • 5.9 Daewoo
• Популярные универсальные инверторы

Особенности и принцип работы сварочного инвертора

В последние десятилетия инверторная сварка все уверенней вытесняет традиционные трансформаторы и выпрямители, причем не только в промышленном производстве, но и в сфере бытового применения. Это стало возможным благодаря созданию надежной элементной базы для частотных преобразователей, а также значительному удешевлению силовых электронных компонентов. Свою роль также сыграли рост стоимости энергоносителей и меди, которой в инверторах используется на порядки меньше, чем в других сварочных аппаратах.

Принцип работы современного сварочного инвертора основан на преобразовании низкочастотного сетевого тока в импульсы высокой частоты с последующим формированием различных видов сварочных токов с регулируемыми параметрами (см. рис. ниже).

Рисунок 2 — Принцип работы сварочного аппарата

Однофазный или трехфазный переменный ток с частотой 50 Гц и напряжением 220 или 380 В поступает на входной выпрямитель, после которого сглаживается конденсаторами большой емкости. Выпрямленный ток со значительным уровнем пульсаций подается на вход инвертора, который преобразует его в переменный ток высокой частоты. Далее этот ток поступает на высокочастотный трансформатор, где его напряжение понижается до величины холостого хода. Затем он проходит через выпрямитель, после которого в силу высокой частоты уже не требуется сглаживания пульсаций.
Выпрямленный ток подается непосредственно на сварочный электрод. Его характеристики отслеживаются датчиками силы тока и напряжения, подсоединенными к блоку управления инвертора, поэтому изменение частоты и скважности импульсов может осуществляться в реальном времени.

Количество витков первичной обмотки обратно пропорционально частоте тока, поэтому в высокочастотных трансформаторах меди на порядки меньше, чем в обычных. Эта зависимость является нелинейной: при частоте 10 кГц масса и размер уменьшаются в 3 раза, а при частоте 50 кГц — примерно в 15 раз (см. трансформатор на рис. ниже).

Виды инверторов

Инверторный сварочный аппарат — это сложное электронное устройство, которое характеризуется широким набором сварочно-технологических характеристик. Поэтому инверторы классифицируют одновременно по нескольким признакам:

1. По типу элементной базы частотного преобразователя, от которой напрямую зависит максимальная частота преобразования входного постоянного тока. Обычно речь идет о трех разновидностях: тиристорные — до 5 кГц; на биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT) — до 20 кГц; на полевых МОП-транзисторах (MOSFET) — до 100 и более кГц.
2. По схемотехническому типу инверторного преобразователя (различные виды мостов) и методу регулирования переменного высокочастотного тока (ШИМ, ЧИМ).
3. По виду сварочной технологии. Существуют инверторы для MMA, MIG/MAG, TIG, импульсной инверторной сварки и их разновидностей. Отдельным видом такого оборудования являются плазморезы (CUT), в которых также используются инверторы.
4. По массогабаритным показателям. Здесь выделяют мини-устройства, а также переносные, передвижные и стационарные инверторы.
5. По сфере применения. В этом случае инверторы делят на бытовые, профессиональные, производственные, предназначенные для робототехнических комплексов и специализированные.
6. По уровню механизации и автоматизации. Новинкой в этом виде характеристик инверторов является синергическое управление (Synergic Control). Эта интеллектуальная система позволяет адаптивно чередовать различные режимы и полностью контролирует весь сварочный процесс.

Кроме того, инверторы нередко классифицируют по различным эксплуатационным характеристикам: классу защиты, предельному уровню наклона, возможности работы при пониженном входном напряжении и пр.

Характеристики и критерии выбора инвертора

При выборе сварочного аппарата с инвертором в первую очередь необходимо определиться с предполагаемой предельной толщиной и видами свариваемого материала. От этих параметров напрямую зависит мощность и сварочный ток будущего приобретения, а также его цена. В таблице ниже указаны ориентировочные значения минимальных и максимальных токов для различных толщин деталей из конструкционной стали. Для других видов стали и цветных металлов эти значения будут иными, поэтому, если предполагается сваривать нержавейку или сплавы алюминия, необходимо уточнить токовые параметры для этих материалов.

Толщина металла (мм)	1÷2	2÷3	2÷3	3÷4	4÷6	6÷8
Диаметр электрода (мм)	1,6	2	2,5	3	4	5
Сварочный ток (А)	25÷50	40÷80

Основные характеристики сварочного инвертора, которые указывают в своих каталогах все производители данного оборудования:

• параметры входного напряжения;
• мощность;
• продолжительность включения (ПВ);
• предельные значения тока сварки (мин./макс.);
• напряжение холостого хода;
• рекомендуемый диаметр электрода;
• рабочий диапазон температур;
• класс защиты;
• вес и размер.

При приобретении сварочного инвертора надо учитывать, что он, как и любое производственное оборудование, не вечен. Даже при условии качественного изготовления и надежных комплектующих срок службы такого аппарата до полного списания составляет 7–10 лет, а время наработки на отказ — несколько тысяч часов.

Входное напряжение

Сварочные инверторы запитываются однофазным или трехфазным напряжением 220 и 380 В. Как правило, в качестве источника выступает электрическая сеть, но также существуют мобильные устройства с питанием от бензогенератора. При выборе аппарата для использования в бытовых условиях или в небольших мастерских один из ключевых критериев — это максимальный потребляемый ток, который должен соответствовать возможностям электросети квартиры, дачи, гаража или производственного помещения.

Но приобретение сварочного инвертора, потребляемый ток которого соответствует нормативам электросети, вовсе не гарантирует того, что при его работе не возникнет проблем с питающим напряжением. Мощности источников таких объектов, как гаражные и дачные кооперативы, ограничены возможностями их подстанций, поэтому при коллективном включении высокой нагрузки напряжение может «проседать» до 150÷180 В. В этом случае необходимо выбирать аппарат с возможностью работы на пониженном напряжении.

Сварочный ток

Производители указывают величину максимального и номинального сварочного тока исходя из предельно допустимой температуры нагрева электронных компонентов инвертора. Но реальный температурный режим отличается от нормативного, т. к. во многом зависит от условий эксплуатации: температуры воздуха, влажности, запыленности. Поэтому лучше выбирать рабочий ток с запасом: как минимум на 15÷20% выше потребного.

Для исключения перегрева сварку тонкого листового проката, а также ряда металлов и сплавов требуется выполнять на небольших токах. Поэтому, если предполагаются работы с такими материалами, необходимо обратить внимание на величину минимального сварочного тока. Еще один важный показатель технологических качеств инвертора — это кратность регулирования тока сварки (соотношение значений max/min). Для режима MMA этот параметр обычно лежит в интервале 3÷5. Чем выше его значение, тем шире возможности при выполнении сварки.

Напряжение холостого хода

При повышении напряжения холостого хода значительно облегчается процесс поджига дуги, а сама она становится эластичнее и стабильнее. Однако при этом растут габариты оборудования и понижается коэффициент мощности. Еще одно негативное последствие такого варианта — возрастание риска поражения электрическим током.

С уменьшением сварочного тока дуга становится нестабильной, поэтому в современных инверторах предусмотрено автоматическое повышение напряжения холостого хода на малых токах и понижение его при приближении к максимальным значениям. Оптимальным для сварки MMA является значение 60÷85 В (в зависимости от величины максимального тока).

Режим работы на максимальном токе

В паспортах всех инверторов в качестве одной из основных характеристик всегда указывается режим эксплуатации, который выражен в виде нормативного отношения времени выполнения сварки к общей длительности технологической операции. При этом производители используют разные названия этого параметра: продолжительность нагружения (ПН) и продолжительность включения (ПВ). Отличие ПВ от ПН в том, что в первом случае подразумевается полное отключение инвертора от сети во время паузы между операциями сварки, а во втором — что инвертор продолжает выдавать напряжение холостого хода.

Чаще всего все-таки приводится ПВ, которое равно отношению времени работы на номинальном токе к общей продолжительности сварочного цикла. По международным стандартам, циклом считается интервал в 10 минут, т. е. если ПВ=40%, то через каждые 4 минуты сварки инвертор должен 6 минут находиться на холостом ходу. Некоторые производители в паспортах оборудования указывают ПВ для нескольких значений нагрузки. Вот один из таких примеров для инвертора с максимальным током 160 А: 40% — 160 А, 60% — 135 А, 100% — 105 А. На первый взгляд может показаться, что 40% — это очень маленькое значение. Но на самом деле технологический процесс, кроме самой сварки, включает в себя ряд подготовительно-заключительных и вспомогательных операций, которые как раз и занимают большую часть времени сварочного цикла.

Полезные дополнительные функции

Большинство современных сварочных инверторов оснащено дополнительными рабочими функциями, многие из которых уже стали стандартными для этого вида оборудования. Среди них самые распространенные:

1. Ограничение напряжения холостого хода. Этот режим направлен на повышение безопасности труда и обязателен при работе в условиях повышенной влажности, атмосферных осадков и внутри металлических емкостей. До начала сварки напряжение холостого хода составляет не более 12 В, а при касании электродом металла мгновенно возрастает до номинального значения. По окончании сварки напряжение снова снижается до 12 В.
2. Горячий пуск (Hot start). Для облегчения зажигания дуги при начале сварки инвертор на короткий период (0.5÷3 с) выдает импульс тока, превышающий установленное на аппарате значение в полтора-два раза. Эта функция также способствует улучшению качества начальной части сварочного шва.
3. Защита от прилипания (Anti stick). При возникновении короткого замыкания через 0,5÷1 секунду на непродолжительный период снижается, а затем снова восстанавливается ток дуги.
4. Форсаж дуги (Arc Force). С помощью данной функции происходит восстановление режима капельного переноса металла электрода в сварочную ванну. Сплошной поток металла разрушается последовательностью коротких импульсов повышенной мощности.

Вершиной функционального развития инверторных технологий является система синергического управления, которая способна самостоятельно выбирать нужную программу по заданным параметрам и адаптивно управлять сварочным процессом в течение всего производственного цикла.

Какой инвертор выбрать для домашнего пользования

Чтобы выбрать подходящий сварочный инвертор, необходимо прежде всего определиться в том, что им предполагается делать и в каких условиях он будет эксплуатироваться. На основании этих данных уже можно выбирать мощность, режимы работы и прочие технические характеристики будущего аппарата. Домашнему мастеру для бытовых нужд вряд ли потребуются такие разновидности сварки, как MIG/MAG и TIG, поэтому дальше речь будет идти только о ручной электродуговой сварке MMA.

Для того чтобы качественно сваривать уголки, швеллеры, полосы и трубы толщиной до 5 мм, теоретически достаточно сварочного инвертора со следующими характеристиками:

• напряжение сети — 220 В;
• максимальный сварочный ток — 120÷150 А;
• ПВ — 40÷50%;
• толщина электрода — до 4÷5 мм.

Но на практике эксплуатация инвертора, скорее всего, будет происходить в условиях, отличных от нормативных. Поэтому почти наверняка придется скорректировать выбранные характеристики. В первую очередь следует проанализировать качество и стабильность напряжения питания. Обычно сварочные инверторы предназначены для работы в условиях колебаний входного напряжения ±10÷15%, поэтому при подключении к электросети с такими параметрами они будут работать без каких-либо проблем. Если же отклонение достигает 30% (что нередко случается на дачах, в гаражах и сельской местности), то следует выбирать модель инвертора с возможностью работы при пониженном напряжении.

При этом необходимо помнить, что мощность инвертора и ток сварки будут падать пропорционально снижению напряжения. Надо также учесть, что применение сварочных проводов длиной более пяти метров (что наверняка потребуется при сварке на открытом воздухе) также снижает его мощность. Поэтому необходимо выбирать аппарат с запасом по току. В нашем случае оптимальным будет устройство с максимальным током 160÷180 А.

Домашний инвертор должен быть легким, чтобы было удобно его переносить, и компактным, чтобы помещался в багажник автомобиля. Желательно подобрать инвертор с ударопрочным и влагозащищенным корпусом, а также с прозрачной защитной крышкой панели управления. Наличие цифрового индикатора желательно, но необязательно, т. к. на недорогих моделях они нередко работают с большими погрешностями.

Практически все современные инверторы (даже в ценовой категории до 10 тыс. руб.) стандартно оснащены функциями Arc Force, Anti stick и Hot start. Но при выборе конкретной модели все же следует удостовериться в наличии этих режимов.

Рисунок 8 — Процесс сварки

Технические требования для выбора лучшего домашнего сварочного инвертора в нашем варианте будут выглядеть примерно так:

№	Наименование	Бытовые
1	Входное напряжение (В)	220
2	Допустимые колебания напряжения (%)	+15 / -40
3	Мощность (кВт)	4÷5
4	Макс. и мин. значения рабочего тока (А)
5	Напряжение холостого хода (В)	60÷80
6	Степень защиты	IP-22
7	Диаметр электрода (мм)	1.6÷5.0
8	Продолжительность включения (ПВ, %)	30÷50
9	Дополнительные функции	Arc Force, Anti stick, Hot start
10	Вес (кг)	4÷5

При выборе конкретной модели следует ориентироваться на известные торговые марки, которые присутствуют на рынке не менее десяти лет. Также необходимо обратить внимание на близость сервисного центра и гарантийный срок, который у производителей инверторов лежит в интервале от одного до пяти лет.

Популярные инверторы для дуговой сварки

Российский рынок сварочных инверторов представлен несколькими десятками брендов, среди которых можно выделить четыре основные группы:

• ведущие западные производители сварочного оборудования;
• российские и постсоветские предприятия, самостоятельно производящие инверторные аппараты;
• российские бренды, представляющие продукцию, которая изготавливается в Китае;
• китайские, японские и корейские производители сварочных инверторов.

В интернете можно найти множество обзоров сварочных инверторов и отзывов о конкретных моделях и их производителях. Вся эта продукция характеризуется высоким качеством и удовлетворяет самому широкому диапазону потребностей. Поэтому неудивительно, что в различных обзорах в стиле «Тор лучших» приводятся совершенно разные модели. Это же касается рейтингов брендов и производителей. Далее будет представлен краткий обзор тех, кто, по нашему мнению, заслуживает особого внимания или же редко упоминается в статьях о сварочной технике.

Aurora

Популярное в России сварочное оборудование Aurora PRO производится известной китайской компанией Riland Power Source Technology. Инверторы этой фирмы имеют международные сертификаты качества и награды международных выставок. Под маркой Aurora PRO выпускаются все виды сварочного оборудования (MMA, MIG/MAG, TIG и CUT) промышленного, профессионального и бытового назначения. По отзывам пользователей, инверторы Aurora PRO надежны и оптимальны по соотношению цены и качества.

Рисунок 9 — Сварочный инвертор Aurora

BlueWeld

Итальянская компания BlueWeld — это один из мировых лидеров по производству сварочного оборудования. Она была основана в 1963 году, а на российском рынке впервые представлена в 2002. Качество инверторов BlueWeld соответствует российскому ГОСТ и германскому TUV, а все ее производства сертифицированы по международному стандарту ISO 9001. Компания применяет в своем оборудовании ряд собственных запатентованных решений и предлагает огромный выбор различных моделей для всех типов сварок. Все инверторы BlueWeld изготавливаются на европейских заводах и на российском рынке входят в верхнюю ценовую категорию.

«Форсаж»

Сварочные инверторы «Форсаж» производятся рязанским приборостроительным заводом. Эти аппараты не отличаются выдающимся дизайном, но всеми признаны их высокая надежность и отменные технические характеристики. Аппараты «Форсаж» представлены в вариантах для трех- и однофазной сети, а их модельный ряд перекрывает диапазон сварочных токов от 160 до 500 ампер. Особенностью этой техники является трехлетний гарантийный срок.

«Ресанта»

Латвийское предприятие S.I.A. Resanta, выпускающее электротехническую продукцию, стабилизаторы напряжения и силовое оборудование, работает на российском рынке с середины девяностых годов прошлого века. Линейка сварочных инверторов этой фирмы представлена двенадцатью моделями с максимальными токами от 140 до 315 ампер, в ценовом диапазоне от 4.8 до 31 тыс. рублей. Эта продукция пользуется популярностью в России, а подавляющее большинство отзывов о ней положительное.

Patriot

Владельцем знаменитого американского бренда Patriot является международная корпорация, специализирующаяся на выпуске электроинструмента, силового оборудования, садовой и строительной техники. Patriot производится на семидесяти предприятиях, которые расположены в России, Китае, Италии, Беларуси и Корее. Сварочные инверторы Patriot предназначены для бытового применения и небольших производств. Для сварки MMA предлагается двенадцать моделей с диапазоном токов от 150 до 250 ампер, а для аргонодуговой сварки — четыре модели.

«Интерскол»

«Интерскол» является одним из лидеров российского рынка электроинструмента, станков и силового оборудования. Компания имеет собственное производство, которое находится в г. Химки. «Интерскол» выпускает только недорогие сварочные инверторы для ручной сварки штучными электродами, а его модельный ряд представлен семью аппаратами с максимальными токами от 160 до 250 ампер и ценой от 5.2 до 10.5 тыс. рублей.

Рисунок 10 — Сварочный инвертор Интерскол

Fubag

Торговая марка Fubag принадлежит известному производителю сварочного оборудования из Германии Fubag GmbH. Техника этого бренда производится в различных странах мира по единым стандартам, а в Россию она поставляется из Китая и Франции. Модельный ряд инверторов Fubag включает в себя три линейки: для профессионального применения (индекс IN, семь моделей), для использования в малых производствах и быту (индекс IR, шесть моделей) и малогабаритные мобильные (индекс IQ, три модели).

Elitech

Международный бренд Elitech принадлежит российской группе компаний «ЛИТ Трейдинг», поставляющей на российский рынок электро— и ручной инструмент, станки, силовую технику, а также садовый инвентарь. Сварочные инверторы этой марки производятся в Китае и Беларуси. Производственная линейка включает в себя десятки моделей аппаратов для всех видов сварки и областей применения. Все производства этой торговой марки сертифицированы по стандарту ISO 9001. Elitech имеет более ста сервисных центров и по этому показателю входит в число лидеров российского рынка.

Daewoo

Корейские сварочные инверторы марки Daewoo привлекают пользователей невысокой ценой, европейским качеством и авторитетом производителя. В Россию поставляются аппараты для ручной сварки двенадцати разновидностей с диапазоном максимальных токов от 150 до 260 А. У всех инверторов Daewoo предусмотрена работа на пониженном напряжении, а показатель ПВ составляет 60÷80%. Эти аппараты имеют небольшой вес и оснащены всеми стандартными инверторными функциями.

Популярные универсальные инверторы

Универсальными инверторами называют аппараты, объединяющие в себе несколько сварочных технологий. Обычно в этот набор входят ручная сварка на переменном и постоянном токе (MMA), полуавтоматическая сварка в газовой среде (MIG/MAG) и аргонодуговая сварка вольфрамовыми электродами (TIG). Комбинированные устройства всегда сложнее в эксплуатации, более требовательны к качеству изготовления и значительно дороже обычных. При приобретении такого аппарата перед пользователем всегда встает вопрос выбора золотой середины между ценой и качеством. Поэтому на рынке самыми популярными являются не лучшие модели мировых лидеров, а аппараты производителей с хорошими традициями и устоявшейся репутацией. Среди инверторов такого типа одни из самых популярных:

1. Сварог Pro MIG 200. К его особенностям следует отнести возможность сварки порошковой проволокой и сварку сплавов алюминия. Также необходимо отметить гарантийный срок 60 месяцев.
2. Elitech АИС 200 ПНС. Этот инвертор имеет систему синергического управления и способен работать при падении входного напряжения до 160 В.
3. Wester Combi 250P. Аппарат оснащен улучшенной системой защиты от перегрева, работает на входном напряжении 180÷250 В и имеет возможность подключения внешнего источника питания 36 В для подогревателя газовой смеси.

   

   Рисунок 11 — Сварочный инвертор

На сайтах продавцов сварочной техники универсальные инверторы обычно обозначаются словом «комби» или сочетанием аббревиатур «MIG/MAG/MMA/TIG».

На профильных форумах нередко пишут, что в универсальных сварочных инверторах технология TIG (аргонодуговая сварка) реализована только для постоянного тока (TIG DC). В то время как для сваривания алюминия и его сплавов необходимо иметь TIG AC/DC (переменный/постоянный) с осциллятором. Поэтому некоторые специалисты советуют не покупать комби, а приобрести два аппарата: MIGMAGMMA и TIG AC/DC. А что вы думаете по этому поводу? Мы будем очень признательны, если вы выскажете свое мнение в комментариях к данной статье.

Как выбрать бюджетный сварочный полуавтомат?

При выборе бюджетного сварочного полуавтомата стоит обратить внимание на следующие критерии:

1. Тип сварочного полуавтомата. Существует несколько типов сварочных полуавтоматов: инверторные, трансформаторные и комбинированные. Инверторные сварочные полуавтоматы более современные и компактные, но также и более дорогие. Трансформаторные сварочные полуавтоматы более дешевые, но также и более громоздкие. Комбинированные сварочные полуавтоматы являются средним вариантом и сочетают в себе преимущества обоих типов.

2. Мощность. Чем больше мощность сварочного полуавтомата, тем толще металл он сможет сваривать. Важно подобрать сварочный полуавтомат с мощностью, соответствующей задачам, которые будут решаться.

3. Диаметр электрода. Это параметр, определяющий возможность использования определенных типов электродов. Для бюджетных сварочных полуавтоматов диаметр электрода обычно составляет от 1,6 до 4 мм.

4. Регулировка тока. Чем больше у сварочного полуавтомата диапазон регулировки тока, тем шире спектр задач он сможет решить.

5. Дополнительные функции. Некоторые бюджетные сварочные полуавтоматы могут иметь дополнительные функции, такие как защита от перегрева, защита от короткого замыкания, функция плавного пуска и т.д.

При выборе бюджетного сварочного полуавтомата также стоит обратить внимание на отзывы покупателей и производителя, а также на гарантийные условия.