1. Устройство, работа и методика ремонта инверторных сварочных источников

По сравнению с классическими трансформаторными источ­никами, инверторные сварочные источники имеют меньшую массу и объем, а также обладают превосходными нагрузочными характеристиками. Постоянное удешевление силовой элемент­ной базы привело к тому, что в настоящее время инверторные источники стали дешевле и практически начали вытеснять с рынка сварочных источников источники, построенные по клас­сической схеме с использованием сварочного трансформатора, работающего на частоте питающей сети.

Но с увеличением доли инверторного сварочного оборудо­вания обострилась проблема его ремонта. Ситуация усугубля­ется тем, что зачастую производители не комплектует свои из­делия подробными принципиальными схемами и методиками ремонта.

В данном разделе мы рассмотрим подробные описания, принципи­альные электрические схемы и инструкции по ремонту и про­верке инверторных сварочных источников, ознакомимся с достоинствами и работой инверторных сва­рочных источников, основами схемотехники инверторов.

Существует большое конструктивное разноо­бразие среди инверторных сварочных источ­ников. Но при ремонте к ним можно применить определенный подход, который 80% случаев обеспечит обнаружение и устранение неисправ­ности даже при отсутствии какой-то техниче­ской документации.

1.1. Влияние рабочей частоты на габариты трансформатора

Трансформатор является необходимым элементом любого сварочного источника:

• он понижает напряжение сети до уровня напряжения дуги;

• Осуществляет гальваническую развязку сети и сварочной цепи.

Известно, что размеры трансформатора определяются его рабочей частотой, а также качеством магнитного материала сердечника. При понижении частоты габариты трансформатора возрастают, а при повышении уменьшаются.

Ранее уже были рассмотрены сварочные источники с транс­форматорами, работающими на относительно низкой частоте сети. Поэтому масса и объем этих источников в основном определялся массой и объемом сварочного трансформатора.

В последнее время были разработаны различные высоко­качественные магнитные материалы, позволяющие несколько улучшить массогабаритные параметры трансформаторов и сварочных источников. Однако существенного улучшение этих параметров можно добиться только за счет увеличения рабочей частоты трансформаторов.

Так как частота сетевого напряжения является стандар­том и не может быть изменена, то повысить рабочую частоту трансформатора можно только используя специальный элек­тронный преобразователь.

Упрощенная блок-схема инверторного сварочного источ­ника изображена на рис. 1.1. Согласно этой схеме, сетевое на­пряжение выпрямляется и сглаживается, а затем подается на электронный преобразователь. Он преобразует постоянное напряжение в переменное высокой частоты. Переменное на­пряжение высокой частоты трансформируется при помощи малогабаритного высокочастотного трансформатора, затем выпрямляется и подается в сварочную цепь.

Рис.1.1 Упрощенная блок-схема инверторного сварочного источника

Работа электронного преобразователя тесно связана с ци­клами перемагничивания трансформатора. Так как ферро­магнитный материал сердечника трансформатора обладает нелинейностью и насыщается, то индукция в сердечнике трансформатора может расти лишь до какого-то максималь­ного значения Вm,

После достижения этого значения сердечник необходимо размагнитить до нуля или перемагнитить в обратном направ­лении до значения -Вm. Энергия может передаваться через трансформатор в цикле намагничивания, в цикле перемагни­чивания или в обоих циклах.

Определение.

Преобразователи, обеспечивающие передачу энергии в одном цикле перемагничивания трансформатора, назы­ваются однотактными.

Преобразователи, обеспечивающие передачу энергии в обоих циклах перемагничивания трансформатора, называются двухтактными.

1.2 Однотактные прямоходовые и обрат­ноходовые преобразователи

Однотактные преобразователи получили наибольшее рас­пространение в дешевых и маломощных инверторных свароч­ных источниках, рассчитанных на работу от однофазной сети. В условиях резко переменной нагрузки, каковой является сварочная дуга, однотактные преобразователи выгодно отли­чаются от различных двухтактных преобразователей тем, что не требует симметрирования и не подвержены такой болезни, как сквозные токи.

Следовательно, для управления этим преобразователем, требуется более простая схема управления, по сравнению с той, которая потребуется для двухтактного преобразователя.

По способу передачи энергии в нагрузку однотактные пре­образователи делятся на две группы: прямоходовые и обрат­ноходовые (рис. 1.2).

В прямоходовых преобразователях энергия в нагрузку пе­редается в момент замкнутого состояния, а в обратноходовых преобразователях — в момент разомкнутого состояния клю­чевого транзистора VT.

При этом в обратноходовом преобразователе энергия запа­сается в индуктивности трансформатора Т во время замкну­того состояния ключа, и ток ключа имеет форму треугольника с нарастающим фронтом и крутым срезом.

При выборе типа преобразователя ИСИ между прямо­ходовым и обратноходовым, предпочтение следует отдавать прямоходовому однотактному преобразо­вателю.

Рис. 1.2. Типы однотактного преобразователя и соответствующие им формы тока ключа: а—обратноходовой преобразователь; б—прямоходовой преобразователь

Не смотря на его большую сложность, прямоходовой преобразователь, в отличие от обратноходо­вого, имеет большую удельную мощность. Это объясняется тем, что в обратноходовом преобразователе через ключевой транзистор протекает ток треугольной формы, а в прямоходо­вом — прямоугольной.

Следовательно, при одном и том же максимальном токе ключа среднее значение тока у прямоходового преобразова­теля получается в два раза выше. Основными достоинствами обратноходового преобразователя является:

- отсутствие дросселя в выпрямителе;

- возможность групповой стабилизации нескольких на­пряжений.

Эти достоинства обеспечивают преимущество обратнохо­довым преобразователям в различных маломощных примене­ниях, каковыми являются:

- источники питания различной бытовой теле- и радиоап­паратуры;

- служебные источники питания цепей управления самих сварочных источников.

Трансформатор однотранзисторного прямоходового преоб­разователя (ОПП) на рис.1.2, б, имеет специ­альную размагничивающую обмотку III, Эта обмотка служит для размагничивания сердечника трансформатора Т, который намаг­ничивается во время замкнутого состояния транзистора VT.

В это время напряжение на обмотке III прикладывается к диоду VD3 в запирающей полярности. Благодаря этому раз­магничивающая обмотка не оказывает никакого влияния на процесс намагничивания. После закрытия транзистора VT напряжение на обмотке III Меняет свою полярность. При этом диод VD3 отпирается, и энергия, накопленная в трансформаторе Т, возвращается в первичный источник питания Uп. Однако на практике, из-за недостаточной связи между обмотками трансформатора, часть энергии намагничивания не возвращается в первичный источник. Эта энергия обычно рассеивается в транзисторе VT и демпфирующих цепочках, ухудшая общую эффективность и надежность преобразователя.