Сварочный выпрямитель

Виды выпрямителей

Существует несколько видов выпрямителей:

• сварочный тиристорный выпрямитель вд 313 сэ, вд 306;
• инверторный выпрямитель силовой (сварочный);
• дроссельный;
• транзисторный (универсал).

В чем разница таких аппаратов?

Тиристорные источники питания подходят для различных видов электродов при дуговой сварке и могут быть использоваться для сварочных работ на прутках.

Преимущества:

• Более высокая эффективность по сравнению с обычными выпрямителями.
• Отличные характеристики дуги, искра намного меньше.
• Одиночный ряд текущего контроля
• Легко реализуется функция дистанционного контроля
• Хорошие показатели прочности от колебания напряжения
• Подходит для использования вне помещения.
• Это сварочный многопостовой выпрямитель — вдм – 1201, 2х313, вдм-1202 с, 1001, сэлма (selma), ВС ма, 6303 с.

Дроссельный выпрямитель предназначен для сварки в самых тяжелых условиях эксплуатации (карьеры, шахты, трубопроводы и т.д.). Он обеспечивает сварку-полуавтомат и наплавки на токи до 650А. По полуавтоматической сварке рабочее напряжение регулируется ступенчато. Сварочный однопостовой выпрямитель представлен ВДУ 505, 504, вду 506, ДУГА проф и ДУГА индустриал.

Система питания сварочной дуги помимо основного дросселя имеет встроенный в параметрическом отделе еще один, что позволяет значительно улучшить качество сварного шва, в связи со стабилизацией сварки. Как правило, помимо основной обмотки мощности, еще используется вспомогательная, которая служит для регулирования индуктивности дросселя и, тем самым, контролирует пик-точку при замыкании или скачках напряжения.

Инверторный выпрямитель применяется для преобразования входящего переменного тока в постоянный, представлен моделями esab, man, . Этот ток включается и выключается очень быстро, чем создает импульсные, высокие частоты постоянного тока. Типичные частоты в диапазоне от 10000 до 20000 Гц, но возможны данные до 100000 Гц. Инвертор, как и весь выпрямитель сварочный, нуждается в поверке каждые полгода. Сварочный инверторный выпрямитель представлен моделями электрон 125, вс 600, 318м1, arc, neon (накс), форсаж, power, патон, терминатор и анод (СССР).

Видео экономичной работы сварочного выпрямителя

https://youtube.com/watch?v=aCpY2NQdI2o

Транзисторные источники сварочной энергии были разработаны для точного контроля параметров сварки. Скорость работы и реакции транзисторов очень высока, следовательно, такие источники энергии можно регулировать, чтобы получить любое желаемое показание вольт-амперной характеристики между постоянным током и напряжением постоянного типа. Кроме того, можно программировать систему управления, с целью задать переменную тока и напряжения во время фактической операции сварки. Эти технические особенности делают универсальный сварочный транзисторный выпрямитель особенно привлекательным для сварки труб, вентиляционных проходов и шахт. Сварка может проводиться электродами всву.

Практически каждый мастер имеет в наличии бензиновые сварочные выпрямители (Эсва, лорис). Это достаточно удобные портативные устройства, при помощи которых удобно проводить работы на выезде или открытом воздухе. Очень хорошие отзывы про выпрямитель сварочный fubag, причем его характеристика говорит о том, что устройство подходит и для эксплуатации в локальной сети питания. Кроме того, данные аппараты часто комплектуют портативным зарядным устройством.

Если распределять выпрямители по области применения, то получим такую таблицу:

Обзор видов

Классифицировать сварочные выпрямители можно по нескольким характеристикам. К примеру, они отличаются уровнем сложности и дополнительным функционалом. Преобразователи варьируются типом конструкции и способом регулировки силовых параметров.

В зависимости от типа исполнения конструкции, способны обслуживать как 1, так и несколько постов одновременно. Исходя из этого, их делят на однопостовые и многопостовые. Однопостовые модели используют сварщики-непрофессионалы. Многопостовой тип изделий применяют в промышленных условиях. За счет жесткой вольт-амперной характеристики обеспечивается неизменность напряжения каждого поста даже при холостом ходе.

Согласно основной классификации, выпрямители могут иметь регулируемый трансформатор, дроссель, тиристор, транзистор и инвертор. Транзисторные варианты работают на полупроводниках. Работа инверторных разновидностей основана на частотном повышении токовой нагрузки.

Исходя из вольт-амперных данных, сварочные преобразователи бывают не только оснащенными дросселем, но также предназначенными для ручной дуговой сварки. Они делятся на модификации автоматической и полуавтоматической сварки. При этом регулировка напряжения может быть витковой, магнитной, фазовой и импульсной.

Изделия первого типа имеют витковый реостат, служащий для изменения данных силы тока. Магнитные поля в изделиях второго типа становятся полями возбуждения либо резистентности напряжения. При фазовом регулировании используется и нулевой кабель. Импульсные типы устройств регулируются за счет осциллографа.

Классифицировать модификации можно по другим критериям. Например, они отличаются силой тока на выходе. Чем выше этот показатель, тем большей может быть толщина сварочного шва и качественней рез металла. Если устройство выдает небольшой ток, оно годится для работы с тонкими элементами.

Модели варьируются точностью регулировки. Чем выше данные показатели у конкретного устройства, тем проще работа мастера. Среди прочих критериев стоит отметить эффективность охлаждения и габариты конструкций. Что касается эффективности охлаждения, то она сказывается на долговечности изделий. В этом плане профессиональное оборудование считается лучшим.

Кроме того, их разделяют по типу вентилей, способу регулировки, схеме выпрямления, типу формирования вешней характеристики. Помимо изделия с дроссельным насыщением, они бывают с секционными обмотками трансформатора и подпиткой. При этом типы могут предназначаться не только для автоматической и полуавтоматической, но и механизированной сварки.

По типу конструкции они бывают одно-, двух- и трехфазными. Каждый тип изделия имеет свои особенности, отличается схемой и работает по-своему. Фазовое управление состоит в смене угла управления тиристоров, приводящих к смене напряжения трансформатора.

Однофазные

Изделия данного типа смонтированы на однофазном трансформаторе, который рассчитан на сеть 220В. Их масса зависит от массы понижающего трансформатора. Однополупериодный выпрямитель состоит из 1 диода-выпрямителя. На выходе получается пульсирующий постоянный ток. Эти модификации могут быть полно- или полумостовыми.

Двухфазные

Эти модификации имеют параллельное и последовательное подключение постов. Они укомплектованы двухфазным трансформатором. Благодаря этому снижается уровень пульсации тока на выходе. А это, в свою очередь, увеличивает КПД сварочного прибора, что сказывается на качестве сварного шва.

Трехфазные

Модификации данного типа предназначены для проведения ручной дуговой сварки. Зачастую они имеют 6-12 диодов с параллельным подключением. Данная схема выпрямления считается одной из ходовых. Эта мостовая схема обеспечивает равномерную нагрузку на все фазы силовой сети. Такая схема устройства позволяет уменьшить пульсации тока.

Устройство пускового механизма

Пусковое устройство включает в свой состав – магнитопровод, две обмотки и клеммы. Переключатели изменяют напряжение и общее число обмоток подключаемых к выпрямителю. В первичную цепь устанавливают регулятор, собранный на основе полупроводников (тиристоров). Вторая обмотка, подключаемая к выпрямительному мосту, обеспечивает подачу двух уровней изменяемого напряжения.

Устройство пускового механизма трансформатора

Для работы пускового устройства требуется напряжение в 220 В. Ток лежит в диапазоне от 0 до 120 А, а напряжение достигает 70 В случае самостоятельного изготовления устройства, за основу принимают стержневой трансформатор, на его первой обмотке накручено 230 витков, на второй 32. Пульт управления полупроводниками монтируют над дросселем. Для охлаждения всей системы используют принудительную вентиляцию.

Устройство магнитопровода

Ключевыми деталями магнитопровода, являются пластинки или листы, произведенные из электромагнитной стали. К конструктивным деталям относят крепеж, корпус и пр. Магнитопроводы сварочных трансформаторов разделяют на стержневые и броневые. В устройствах стержневого типа все сегменты магнитной цепи обладают одинаковым сечением. В магнитопроводах броневого типа полным сечением обладает только средний стержень, на который устанавливают обмотки.

Виды магнитопроводов трансформатора

Сечения остальных участков магнитной цепи почти в два раза меньше. По ним происходит замыкание магнитного потока. На участках магнитопровода имеющего Т-образную форму, каждый имеет свое сечение. При этом его размер составляет в три раза меньший размер, чем собственно сам стержень. По каждому из участков происходит замыкание третьей части потока.Пластины, входящие в пакеты покрывают специальным составом, который называют оксидной изоляцией.Принцип работы сварочного трансформатораАппаратура для сварки работает по алгоритму:

1. Питание подается на первую обмотку. В ней генерируется магнитный поток, замыкающийся на сердечнике.
2. Затем питание направляется на вторую обмотку.
3. Магнитопровод, который собран из ферромагнитов, генерирует постоянное магнитное поле. Индуцирующий поток производит ЭДС.
4. Разность в числе витков допускает колебание тока с требуемыми для выполнения сварки параметрами. Эти же показатели учитывают при расчетах аппаратуры для сварки.

Существует связь числа витков на второй катушке и напряжением на выходе. То есть для повышения тока количество витков необходимо увеличить. Но так как, сварочный трансформатор – это понижающий тип, то число витков на второй обмотке будет ниже, чем на первой.Устройство и принцип действия сварочного трансформатора обеспечивает настройку величины тока. Этого достигают уменьшая или увеличивая пространство между катушками.Для этого в сварочном оборудовании установлены движущиеся компоненты. Расстояние между обмотками изменяет сопротивление и это дает возможность выбирать именно тот ток, который нужен для сварки.

Холостой ход

Аппаратура для сварки работает в двух режимах – рабочем и холостом. Во время сварки вторая обмотка замыкается между рабочим инструментом и деталью. Ток расплавляет кромки заготовок и в результате получается надежное соединение деталей. После того, как сварщик закончит работы, цепь прерывается и трансформатор переключается на холостой ход.ЭДС в первой обмотке появляются из-за наличия:

• магнитного потока;
• его рассеивания.

Холостой ход трансформатора

Эти силы отпочковываются от направления потока в магнитопроводе и замыкаются между катушками в воздухе. Именно эти силы и являются основой работы в холостую.Работа на холостом ходу не должна представлять опасность для рабочего — сварщика и окружающих людей. То есть оно не должно быть больше чем 46 В. Но отдельные модели сварочного оборудования, имеют большие значения, например, 60 – 70 В. В этом случае в конструкции сварочного устройства устанавливают ограничитель параметров холостого хода. Скорость его срабатывания не превышает одну секунду с момента разрыва цепи и окончания работы. В целях дополнительной защиты сварщика, корпус трансформатора необходимо заземлять.

Динамическая характеристика

Принципиальная электрическая схема мостового выпрямителя сварочного аппарата.

Еще один полезный технический параметр, характеризующий работу устройства — динамическая характеристика (ДХ) вашего блока питания, который должен обладать быстрой реакцией на изменения электропараметров дуги (тока, напряжения). Это зависит от времени восстановления напряжения от нулевых показаний в режиме короткого замыкания до напряжения повторного появления дуги.

Это время и есть ДХ блока питания. Оно не должно быть более 25 Вольт/0,05 секунд. Эта ДХ сказывается при замыкании раскаленного металла на деталь, в момент перехода трансформатора в короткозамкнутый режим. При этом сила тока КЗ в обмотке вторичной может достигать двойной величины, а сварочные аппараты для сварки руками, из-за такого соотношения, могут иметь отрицательный фактор.

Для устойчивого горения сварочной дуги важное свойство имеет так называемая эластичность дуги. Она продолжает гореть при увеличении ее длины

Эластичность дуги величина количественная, ее критерием является ее максимальная длина, при которой дуга способна существовать.

Дуга возгорается только при достижении нужного напряжения в начальном полупериоде. Дуга тока переменного гаснет и зажигается 100 раз/сек отдельными вспышками. Это возможно изменить потенциалом холостого хода и сдвигом фаз между потенциалом холостого хода и дуговым током. Уменьшить паузы длительности горения электродуги можно, увеличив потенциал холостого хода.

Но не рекомендуется (из-за электробезопасности) увеличивать его больше 80 В. Это решается применением схемотехники, например, включив дросселя, создающие сдвиг фаз напряжения и тока. Электродуга, после доработки поддерживаемая самоиндукцией, может и не прерываться.

Плюсы и минусы оборудования

По сравнению с трансформатором, выпрямитель обладает рядом преимуществ:

• Экономное потребление энергии;
• Стабильность электрической дуги;
• Качество соединения;
• Малое количество брызг;
• Работа с нержавейкой;
• Простота и надежность конструкции, которые обеспечивают комфортную регулировку;
• Высокий КПД.
• Небольшие габариты и малый вес.

Наряду с достоинствами имеется ряд недостатков, которых гораздо меньше:

• Повышенные требования к стабильности напряжения в сети;
• Повышение качества сопровождается незначительной потерей мощности;
• Слабая защита от коротких замыканий, особенно длительных;
• Более высокая стоимость.

Положительные качества обеспечивают устойчивый интерес к оборудованию, несмотря на недостатки.

Обслуживание и ремонт

Сварочные выпрямители нуждаются как в ежедневном, так и в периодическом техническом обслуживании. Это залог безотказной работы оборудования. Ежесменный осмотр включает в себя следующие процедуры:

• Осмотр изоляции.
• Проверка крепления клемм и заземления.
• Удаление пыли и грязи с внутренних частей корпуса.

Все обнаруженные дефекты подлежат немедленному устранению.

Симптомами неисправности является частое срабатывание температурных датчиков и увеличение шума в процессе эксплуатации. Причиной могут быть следующими:

1. Замыкание первичной обмотки трансформатора.
2. Выход из строя вентилятора системы охлаждения;
3. Нарушение изоляции листов сердечника.

Эксплуатация неисправного оборудования запрещена.

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.

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.

Особенности работы и конструкция сварочного выпрямителя

Принцип действия устройства заключается в преобразовании энергии, поступающей от силовой сети, в энергию, необходимую для сварки. Трансформатор обеспечивает нужные электрические параметры выходного тока, а выпрямительный блок преобразует переменный ток в постоянный. На выходке получают выпрямленный ток нужной величины.

Основные блоки:

• Силовой трансформатор. Желательно выбирать аппарат с трехфазным трансформатором, который обеспечивает меньшие пульсации напряжения. После преобразования в однофазном трансформаторе напряжение тока на выходе имеет сильные пульсации, что приводит к ухудшению качества сварного шва.
• Выпрямительный блок на полупроводниках. Функции выпрямителя выполняют неуправляемые вентили-диоды или управляемые вентили-тиристоры. Чаще всего в этих аппаратах применяются селеновые и кремниевые полупроводники. Селеновые – относительно дешевые, устойчивые к перегрузкам. Их минус – низкий КПД. Для кремниевых полупроводниковых вентилей характерны: высокий КПД, хорошие энергетические параметры. Но они малоустойчивы к перегрузкам и необходимость охлаждения.
• Сглаживающий конденсаторный фильтр значительной емкости. Служит для сглаживания пульсаций выпрямленного тока.
• Устройства пуска, регулирования, охлаждения. В конструкции присутствуют – радиатор охлаждения для вентилей, вентилятор, устройства защиты от перегрева и перегрузок по току. Работа принудительной вентиляции регулируется ветровым реле. Температурные датчики фиксируют перегрев системы и подают сигнал пользователю. Еще один вид датчиков отслеживает величину напряжения входного тока. При превышении критического значения формируется сигнал на отключение аппарата в авторежиме.
• Дроссель. Это необязательный элемент, включаемый в цепь постоянного тока. Служит для получения требуемой внешней характеристики. Дроссель насыщения встречается в конструкциях аппаратов как с падающими, так и с жесткими внешними характеристиками.

Сварочный выпрямитель, в отличие от трансформатора, позволяет не только точно регулировать силу сварочного тока, но и стабильно удерживать полученную величину.

Разновидности аппаратов

В продаже встречается просто огромное количество разновидностей рассматриваемого оборудования, все они имеют свои определенные достоинства и недостатки. Классификация промышленных сварочных выпрямителей проводится следующим образом:

1. однофазный;
2. двухфазный;
3. трехфазный.

Выпрямитель для проведения ручной дуговой сварки трехфазного типа состоит из 6-12 диодов, которые зачастую подключаются параллельно. Двухфазные характеризуются параллельным и последовательным подключением мостов.

Управляемый и неуправляемый выпрямители

Кроме этого, классификация может проводится по следующим критериям:

1. Сила тока на выходе. С увеличением этого показателя существенно повышается толщина обрабатываемого металла. Если устройство выдает небольшой ток, то можно будет проводить обработку тонких элементов. Также слишком высокий показатель силы тока позволяет применять сварочный аппарат для проведения резки металла.
2. Точность регулировки. Как ранее было отмечено, выпрямитель может использоваться для установки самых различных параметров тока. Чем выше показатель точности регулировки, тем более оптимальные условия для работы может себе обеспечить мастер.
3. Количество выходов для подключения. Сложное сварочное оборудование может применяться для одновременного подключения нескольких держателей для электродов. Подобная модель может понадобиться в том случае, когда работу поблизости одновременно выполняют несколько сварщиков. Однако, за счет усложнения конструкции она становится больше и дороже.
4. Эффективность охлаждения. Недорогие модели предназначены для бытового применения, так как могут эксплуатироваться на протяжении короткого промежутка времени. Это связано с тем, что конструкция не имеет эффективной системы охлаждения. Профессиональное оборудование может использоваться для сварки на протяжении длительного периода.
5. Размеры конструкции. Как правило, сварочные работы проводятся на выезде. Доставка всей аппаратуры может быть затруднена в случае, если оно имеет большой вес и габаритные размеры. В продаже встречаются компактные модели, которые просты в транспортировке.

Большой популярностью пользуются модели трехфазного типа. Это связано с тем, что они могут применяться для работы с металлом самой различной толщины. Однопостовой выпрямитель больше всего подходить для бытового применения, так как применяется при использовании только одного держателя электродов. В продаже есть и модели, которые позволяют подключать одновременно сразу несколько электрододержателей.

Универсальные современные сварочные выпрямители выпускаются достаточно большим количеством различных производителей. Марки во многом определяют качество сборки, срок службы и стоимость оборудования.

Для бытового применения подходить инверторный выпрямитель. Подобные модели можно охарактеризовать следующим образом:

1. За понижение напряжения отвечает трансформатор.
2. Устанавливается выпрямляющий блок, который отвечает за подачу постоянного напряжения.
3. Далее проводится преобразование в переменное электричество с высоким показателем частоты.

Сварочный выпрямитель

Подобное оборудование предусматривает использование переменного тока. Однако за счет существенного увеличения частоты подаваемого тока есть возможность применять инверторный выпрямитель для получения соединительных швов высокого качества. За счет существенного упрощения конструкции инверторы имеют относительно небольшие размеры, а также просты в эксплуатации.

Самодельный аппарат: блок-схема

Принципиальная электрическая схема блока питания сварочного аппарата.

Блок питания вставляется в соответствующую коробку из пластмассы или металла. Он снабжается необходимыми элементами: соединительными разъемами, различными выключателями, клеммами и регуляторами. Сварочный аппарат можно оборудовать ручками для переноски и колесиками.

Такую конструкцию довольно хорошего качества сварки можно выполнить самостоятельно. Главный секрет такого аппарата — это минимальное понимание сварочного процесса, выбор материала, а также мастерство и терпение при изготовлении этого устройства,.

Но для сборки аппарата самостоятельно вы должны хотя бы немного понять и изучить основные навыки, момент возникновения и горения электродуги и теорию плавления электрода. Знать характеристики сварочных трансформаторов и их магнитопроводов.

Добавляем выпрямитель

Самодельный мощный сварочный трансформатор с точки зрения схемотехники — обычный блок питания. Соответственно выпрямитель устроен так же просто, как в сетевом заряднике для мобильного телефона. Только элементная база будет выглядеть на несколько порядков массивнее.

Как правило, в простую схему из диодного моста добавляют пару конденсаторов, гасящих импульсы выпрямленного тока.

Можно собрать выпрямитель и без них, но чем ровнее ток, тем качественней получается сварочный шов. Для сборки собственно моста применяются мощные диоды типа Д161–250(320). Поскольку при нагрузке на элементах выделяется много тепла, его нужно рассеивать с помощью радиаторов. Диоды крепятся к ним с помощью болтового соединения и термопасты.

Разумеется, ребра радиаторов должны либо обдуваться вентилятором, либо выступать над корпусом. Иначе вместо охлаждения они будут греть трансформатор.