САЙТ ГАРАЖНИКА

«Слушай, а что такое АйДжиБиТи?
- А пёс его знает…»
Из разговора двух гаражников.

Инверторы.

Могу с уверенностью сказать, что инверторное сварочное оборудование переживает пик своей популярности.
Так что же это такое, инвертор?

Можно дать такое определение:
Инвертор – это универсальный «электронный преобразователь», который может преобразовать любое питающее напряжение (например, 220 В 50 Гц) в любое другое (например, в постоянное с жёсткой ВАХ, используемое для полуавтомата)
Главное преимущество инвертора по сравнению с «классическим» трансформатором – это малые габариты и вес.
Далее.
Рассмотрим теперь устройство инвертора.
Замечу:
Мы не полезем в «дебри» схемотехники.
Мы не будем рассматривать принципиальных электрических схем.
Мы не будем рассматривать схемотехнику сварочных инверторов.
И, наконец, мы не будем писать формул (если только самые простые)
А рассмотрим устройство инвертора в «укрупнённом» виде, на уровне отдельных блоков – «кубиков»

Если мы с вами посмотрим на блок-схему, то обнаружим что в состав инвертора входят следующие блоки:
Сетевой выпрямитель.
Фильтр.
Генератор.
Сварочный выпрямитель.
Блок управления.
Начнём с выпрямителя.
Сетевой выпрямитель нужен для того, чтобы питать электронные блоки инвертора (как силовые, так и маломощные), постоянным током.
Ничего не поделаешь:
Электроника «признаёт» только постоянный ток.
Далее.
Фильтр.
Строго говоря, на выходе выпрямителя мы получаем не постоянный, а пульсирующий с частотой 100 Гц ток одной полярности, непригодный для питания электроники.
Поэтому, главная задача фильтра – «сгладить» пульсации выпрямленного напряжения.
Типовой фильтр (сглаживающий фильтр) – это электролитический конденсатор ёмкостью в несколько сотен микрофарад.
В итоге, после выпрямления и фильтрации мы получаем постоянное напряжение (с некоторыми пульсациями), пригодное для питания электронных схем инвертора.
Ну, и к тому же, фильтр не пропускает в электрическую сеть радиопомехи от работающего инвертора.
Генератор.
Генератор (или «преобразователь») – это силовое «сердце» любого инвертора.
Генератор получает питание от выпрямителя, и вырабатывает переменное напряжение частотой 5-100 кГц
Зачем нам нужен генератор?
Правильно:
Постоянный ток нельзя трансформировать.
Чтобы трансформировать постоянный ток, нужно для начала превратить его в ток переменный. А затем уже трансформировать его, как вам заблагорассудится.
Если не вдаваться в «дебри» схемотехники, то генератор состоит из следующих основных компонентов:
Четырёх переключателей. Обычно в качестве переключателей используются мощные IGBT транзисторы, способные коммутировать ток в десятки и даже сотни ампер при напряжении в несколько сотен вольт.
Например, самые обычные IGBT транзисторы IRG4PSC71UDPBF от пафосной американской фирмы IRF позволяют коммутировать токи до 85 А при напряжении до 600 В, на частоте до 40 Кгц.
Как профессиональный электронщик заверяю:
Это – выдающиеся параметры. Тем не менее, они уже давно не вызывают удивления:
К хорошему быстро привыкают…
В общем, если бы не достижения микроэлектроники, то все рассуждения об инверторе можно было бы расценивать как простой бред.
Далее.
В качестве переключателей могут применяться не только IGBT транзисторы, но и так называемые «IGBT модули»
Это готовые электронные блоки, сделанные из нескольких IGBT транзисторов, включенных параллельно или иным образом, с целью «нарастить» коммутируемый ток и/или коммутируемое напряжение.
Далее.
Малопонятную аббревиатуру IGBT (АйДжиБиТи) часто и с пафосом произносят менеджеры в сварочных отделах. Их можно понять:
Главная задача менеджера – подавить волю гаражника, и заставить его купить какой-нибудь залежалый и не авантажный девайс. Вот и идут в ход всякие шаманские заклинания…
А аббревиатура АйДжиБиТи, озвученная бойким и фасонистым менеджером, может решить исход борьбы за ваши денежки…
Поэтому. Чтобы было меньше непоняток, позволю себе несколько замечаний по поводу IGBT транзисторов:
Практически, «ранние» IGBT транзисторы были изобретены и опробованы нашими с вами соотечественниками, ещё в советское время. А модифицированы до современного вида и запатентованы американской пафосной фирмой IRF
В общем, всё как всегда… Далее.
IGBT транзисторы – это гибрид биполярного и полевого транзисторов.
А это значит, что между ними нет и не может быть «конфликта»  Просто, гибрид «вобрал» в себя лучшие качества своих «предков:  Малую мощность управления, а также малое падение напряжения на открытом ключе (это можете не читать)
«Ну и что», скажете вы. «Мне абсолютно до балды про эту мощность управления, и тем более про это самое падение, как его там, напряжения»
Тем не менее, это два весьма важных параметра, так как:
Значительно упрощается схемотехника инвертора.
Значительно уменьшаются тепловые потери в переключающих элементах.
А это значит, что транзисторы не потребуют массивных теплоотводов и мощных «кулеров» для охлаждения себя и других электронных «потрохов» инвертора.
Далее.
IGBT транзистор (или модуль) не наделяет инвертор какими-либо чудодейственными свойствами, как это утверждают некоторые продавцы в сварочных магазинах.
Более того.
Все современные инверторы построены на базе IGBT транзисторов, и никаких других. Это так же естественно, как пенсне на носу профессора Преображенского.
Далее.
В инверторах в качестве переключателей могут применяться «обычные»:
Биполярные транзисторы — чаще всего применялись в инверторах «ранних» выпусков.
Полевые транзисторы - достаточно часто применяются в современных инверторах мощностью 3-5 кВт
И в этом нет никаких поводов для беспокойства:
Инвертор, в котором применяются биполярные и/или полевые транзисторы, ничуть не хуже, чем на IGBT.
Особенно, если инверторы эти от «сильных» фирм.
Возможно, у него большие радиаторы, более мощный кулер, и другая, более сложная, схемотехника.
Например, отечественный транзисторный сварочный инвертор АП-5, предназначавшийся для АДС, и выпускавшийся тридцать с лишним лет тому назад, имел следующие параметры:
Питающая сеть, 220 В
Потребляемая мощность, 4,8 кВт
Сварочный ток, 5-100 А.
Режимы сварки, импульсные и непрерывные.
Масса, 100 кГ
Размеры, ДШВ 1000 500 600
Только и всего.
Следующий весьма важный компонент:
Трансформатор с ферритовым сердечником.
Позволю себе несколько замечаний по поводу «ферритового» трансформатора:
Ферритовый трансформатор работает на частоте 5-30 кГц и более, а не 50 Гц, как «классический»
Ферритовый трансформатор в десятки раз меньше по объёму и весу аналогичного по мощности «классического», то есть на трансформаторном железе.
Это объясняется тем, что габаритная мощность трансформатора пропорциональна в том числе и рабочей частоте:
Ргаб~B•S•F
Где
В – магнитная индукция, Тл
F – рабочая частота трансформатора, Гц
S – сечение сердечника трансформатора, см2
Замечу:
Для простоты в формуле указаны не все коэффициенты, а только наиболее важные.
Пример:
Предположим, что для «классического» трансформатора мощностью Ргаб =10 Вт на частоте 50 Гц требуется сердечник сечением 1 см2
Тот же сердечник на частоте 500 Гц будет способен передать уже в 10 раз более большую мощность.
А на частоте 5 кГц – в 100 раз…
А на частоте 25 кГц – в 500 раз, что будет соответствовать мощности порядка 5 кВт …
Разумеется, все эти примеры не учитывают множество параметров, которые значительно уменьшают реальный выигрыш в сечении сердечника.
Однако, этот пример ясно даёт понять:
Ферритовый трансформатор, работающий на высокой частоте, при той же мощности имеет на порядки меньшие габариты и вес, нежели трансформатор «классический», работающий на частоте 50 Гц.
Далее.
Следующий важный компонент инвертора, это:
Сварочный выпрямитель.
Сварочный выпрямитель подключен к вторичной обмотке ферритового трансформатора.
Сварочный выпрямитель обычно «набран» из диодов с так называемым «барьером Шоттки»
Характерная особенность диодов Шоттки:
Малое падение напряжения при большом прямом токе.
Способность работать на частотах до нескольких сотен килогерц.
Как видите, диоды Шоттки – это то, что на все 100% подходит для сварочного инвертора.
Замечу:
Если бы не диоды Шоттки, то никакие бы IGBT транзисторы не помогли бы…
Далее.
Выпрямленное ВЧ напряжение используется для питания сварочной дуги.
Далее.
Блок управления.
Конструктивные и схемотехнические решения, в которых исполнен блок управления, могут быть весьма разными:
У самых дешёвых моделей инверторов, предназначенных для сварки ММА и ТИГ, блока управления может и не быть.
Разве что, ручка регулятора сварочного тока…
У дорогих профессиональных моделей в качестве блока управления применяют специализированный компьютер (контроллер)
Что впрочем, совсем не удивительно.
Блок управления решает следующие задачи:
Выбор сварочных режимов, а именно:
Вид сварки (если инвертор универсальный):
ММА, ТИГ, МАГ…
Режимы сварки:
В этом пункте может быть всё, что угодно – и величина сварочного тока, и характер сварочного тока (постоянный, переменный, импульсный), и его временные параметры, и так далее, и тому подобное.
Дистанционное управление (ДУ)
ДУ – это очень удобная «фишка»
Например, у моего ТИГеля есть ДУ, которое длинным кабелем подключено к инвертору, и расположено рядом с местом сварки. В результате, сварочные режимы можно оперативно менять, даже в процессе сварки, и не вставать всякий раз с рабочего места.
Контроль режимов, индикация и диагностика: Без комментариев.
Вы спросите:
«Зачем было делать такой сложный агрегат? Неужели вся эта электроника способна конкурировать с простотой и надёжностью обычного трансформатора?»
Лично я, как профессиональный электронщик, не могу дать короткий и однозначный ответ. Так и хочется сказать:
«Понимаете, с одной стороны да, а с другой, как бы это сказать…»
И в самом деле: трансформатор – это катушка, намотанная толстым медным (а иногда и алюминиевым) проводом, в которую вставлен толстый набор пластин из электротехнической стали.
А инвертор?
Это сотни электронных компонентов – резисторов, микросхем, диодов, конденсаторов, мощных транзисторов, соединённых между собой паяными и разъёмными электрическими соединениями.
Отказ любого элемента и/или соединения может привести к фатальному исходу.
К тому же, всё это электронное изделие управляется электронным «мозгом» (я имею в виду микропроцессор), иногда склонного к «глюкам»
И что надёжнее? Кусок железа, опутанный толстыми проводами, или сложное электронное изделие?
Можете не отвечать, потому что вопрос чисто риторический.
Тем не менее, прогресс не остановишь:
Никакой реальной альтернативы инвертору нет, потому что:
Инвертор вырабатывает практически идеальный постоянный ток, с пренебрежимо малым уровнем пульсаций.
Замечу:
В плане качества постоянного тока инвертору конкурент только аккумулятор.
Далее.
Инвертор значительно легче и компактнее «классического» источника тока на сетевом 50 Гц трансформаторе.
Инвертор в сочетании с микропроцессорным управлением приобретает как бы «интеллектуальные» свойства и позволяет реализовывать уникальные сварочные режимы.
Эти главные качества инвертора с лихвой перекрывают все имеющиеся у него недостатки.
Думаю, что мне удалось убедить вас в том, что инвертор «забьёт баки» любому трансформатору и/или выпрямителю буквально по любым параметрам.
Кроме одного – стоимости:
Профессиональный инвертор от «сильной фирмы» может стоить как полсамолёта.
Замечу:
Инвертор – это не только источник питания «продвинутого» сварочного аппарата.
Инвертор применяется в последнем «поколении» автономных электрических генераторов (в рекламе их рекут «цифровыми») с приводом от бензинового двигателя (см. п. «»)
И ещё.
Весьма сходные (со сварочным инвертором) схемотехнические решения применяются в регуляторах хода электровозов, трамваев, троллейбусов, в сетевых источниках питания всех компьютеров, в зарядных устройствах всех сотовых телефонов, видеокамер, а также всех других, мыслимых и немыслимых гаджетов, наполняющих нашу повседневную жизнь.

Написал Хома, март 2014

Метки: IGBT, инвертор, инверторная сварка, устройство инвертора

Запись опубликована 8 Март 2014 в 10:10 Категория: Выбираем сварочный полуавтомат, Гаражное оборудование: углекислотный полуавтомат - подключение, сварка, решение некоторых проблем. Вы можете следить за комментариями при помощи RSS 2.0-ленты. Вы можете оставить комментарий или трекбэк с вашего сайта.