Преобразователь напряжения: описание устройства, принцип работы

Как устроен прибор

Для преобразования одного уровня напряжения в другой часто применяют импульсные преобразователи напряжения с применением индуктивных накопителей энергии. В соответствии с этим известны три типа схем преобразователей:

• Инверторы.
• увеличение.
• Снижение.

Общими для этих типов преобразователей являются пять элементов:

• Ключевой элемент переключателя.
• Источник власти.
• Индуктивный накопитель энергии (дроссель, индуктор).
• Конденсатор фильтра, подключенный параллельно нагрузочному резистору.
• Блокирующий диод.

Включение этих пяти элементов в различных сочетаниях позволяет создать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.

Схема простого преобразователя напряжения.

Уровень выходного напряжения инвертора регулируется изменением ширины импульсов, управляющих работой ключевого переключающего элемента. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения вызывает автоматическое изменение ширины импульсов.

Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Он преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения. Это свойство трансформатора широко используется в радиоэлектронике и электротехнике.

Таблица – Основные характеристики преобразователя напряжения.

Автоматические функции сварочного оборудования

Чтобы понять, как работают инверторные сварочные аппараты в разных ситуациях, следует ознакомиться с принципом работы некоторых их функций.

ARC FORCE

Эта функция предназначена для форсирования дуги. Во время работы сварщика иногда замерзает капля расплавленного электрода, которая вовремя не отрывается и не попадает в сварочную ванну, уменьшая зазор.

Это может привести к прилипанию электрода к заготовке. Принцип действия мощности дуги заключается в кратковременном увеличении тока, который «сдувает» каплю металла.

ANTI STICK

В начале работы во время зажигания дуги электрод может прилипнуть к заготовке. Принцип работы антипригарной функции заключается в том, что в этот момент происходит резкое снижение сварочного тока. После отрыва электрода режим работы аппарата возвращается к нормальному.

Что какое преобразователь напряжения

Преобразователь – электротехническое устройство, преобразующее электроэнергию одних параметров или показателей качества в электроэнергию с другими значениями параметров или показателей качества. Параметрами электрической энергии могут быть род тока и напряжения, их частота, число фаз, фаза напряжения. По степени управляемости преобразователи электрической энергии делятся на неуправляемые и управляемые. В управляемых преобразователях можно регулировать выходные переменные: напряжение, ток, частоту.

По элементной базе преобразователи тока делятся на электрические (вращающиеся) и полупроводниковые (статические). Электромашинные преобразователи реализованы на основе использования электрических машин и в настоящее время находят относительно редкое применение на электрических станциях. Полупроводниковые преобразователи могут быть диодными, тиристорными и транзисторными.

По характеру преобразования электроэнергии силовые преобразователи подразделяются на выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения переменного и постоянного тока, преобразователи числа фаз переменного напряжения

В современных автоматизированных электрических станциях в основном используются полупроводниковые тиристоры и транзисторные преобразователи постоянного и переменного тока. Преимуществами полупроводниковых преобразователей являются широкие функциональные возможности по управлению процессом преобразования мощности, высокое быстродействие и КПД, длительный срок службы, удобство и простота обслуживания в процессе эксплуатации, широкие возможности реализации защит, сигнализации, диагностики и тестирования как самой электростанции, так и технологическое оборудование.

Принцип работы преобразователя напряжения.

В то же время полупроводниковые преобразователи имеют и определенные недостатки. К ним относятся: высокая чувствительность полупроводниковых приборов к перегрузкам по току, напряжению и скорости их изменения, низкая помехозащищенность, искажения синусоиды тока и сетевого напряжения.

Как обозначаются конденсаторы на схеме? Подробнее В чем разница между параллельным и последовательным соединением резисторов. Читать далее Масляные трансформаторы — какие они, устройство и принцип работы читать далее

Особенности применения

В настоящее время такое оборудование используется практически во всех отраслях промышленности, и с каждым днем ​​все больше используется в жизни каждого человека, особенно в составе оборудования легковых или грузовых автомобилей. Рабочая частота преобразователей напряжения (преобразователей напряжения) не превышает ста килогерц. Кроме того, преобразователь напряжения (преобразователь напряжения) можно использовать в качестве генератора. В принципе генератор и преобразователь довольно похожи, но не стоит считать, что этот тип оборудования одинаков по назначению и по принципу действия.

Повышающий преобразователь.

Имеются существенные отличия в схемах генератора и преобразователя напряжения. Кроме того, по сравнению с дизельным или бензиновым генератором преобразователь напряжения (преобразователь напряжения) имеет ряд преимуществ, в частности:

• преобразователь напряжения (преобразователь напряжения) имеет значительно меньшие габариты и массу;
• преобразователь напряжения (преобразователь напряжения) не нуждается в постоянном контроле целого перечня параметров, что является обязательным для работы дизельных электростанций или бензиновых генераторов. К таким параметрам относятся уровень топлива, уровень и давление моторного масла, температура и уровень охлаждающей жидкости. Все эти параметры, например, при работе преобразователя напряжения (преобразователя напряжения) от автомобильного двигателя регулируются самостоятельно, кроме того, при относительно небольшой мощности потребителей (например, до 1000 Вт) автомобильный генератор не приходится долго включать, и естественно топливо не расходуется;
• на холостом ходу преобразователь напряжения (преобразователь напряжения) имеет лишь мизерное энергопотребление (около 5 Вт), в отличие от дизельного или бензинового генератора, потребляющего до пятидесяти процентов потребления при максимальной нагрузке на холостом ходу;
• отсутствие механического износа, соответственно лучшая отказоустойчивость и больший срок службы;
• колебание выходной частоты преобразователя напряжения (преобразователя напряжения) минимально и, как правило, не превышает сотых долей процента;
• преобразователь напряжения (преобразователь напряжения) экологически безопасен (не шумит и не выделяет выхлопных газов) и позволяет подключать альтернативные источники энергии (например, солнечные батареи или ветрогенераторы);
• преобразователь напряжения (преобразователь напряжения) может использоваться как пусковое зарядное устройство, как источник бесперебойного питания, как восстановитель аккумуляторов;
• и, наконец, преобразователь напряжения (преобразователь напряжения) просто существенно (до нескольких раз!) дешевле.

Становится интересно➡ Как выбрать цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)
Таблица – Популярные модели преобразователей напряжения.

Список потенциальных пользователей преобразователей напряжения (преобразователей напряжения) может быть очень широк. Здесь и производители различных работ в труднодоступных условиях или с частыми отключениями электроэнергии, и любители активного отдыха, желающие сохранить возможность пользоваться «благами цивилизации», и мудрые владельцы различных производств или охраняемых объектов и так далее и тому подобное скоро.

Читайте также: Триамистор: назначение и основные характеристики, принцип работы для «муляжей» и проверка в схемах

В частности, использование преобразователей напряжения (преобразователей напряжения) в связке с различными автономными источниками питания дает очень большие преимущества, одна только экономия топлива чего стоит, а еще есть так сказать запасенный «запас мощности» на всякий случай.

Правда, при выборе преобразователей напряжения (преобразователей напряжения) необходимо помнить, что многие потребители электрического тока (особенно холодильники и насосы) имеют пусковую мощность в несколько раз выше номинальной (обычно ее можно увидеть в паспорте устройства) и именно его необходимо взять за основу для расчета необходимого преобразователя напряжения (преобразователя напряжения).

Преобразователь 24В в 12В

Функции сварочных инверторов

Для упрощения работы с устройством на этапе обучения производители реализовали ряд функций:

1. Теплый старт. Способствует быстрому воспламенению, обеспечивая единовременное быстрое увеличение силы тока.
2. Сила лука. Стабилизирует дугу в случае неравномерного направления сопла или электрода из-за поддержки пульсирующего тока.
3. Антиприлипание. Облегчает отделение электрода от заготовки за счет снижения тока до нулевых значений.

Эти принципы позволяют работать с инверторами даже новичкам.

Устройство инвертора

В связи с тем, что преобразовать постоянный ток (DC) в переменный ток (AC) гораздо сложнее, чем переменный ток в постоянный, преобразователь представляет собой достаточно сложное устройство.

Инвертировать блок-схему

Условно можно выделить следующие элементы преобразователя:

• Входная цепь обеспечивает управление и защиту входных цепей, формирует напряжение в ток: компоненты инвертора, системы охлаждения, подсветки ЖКИ и других устройств;
• ШИМ-регулятор формирует сигналы с заданной частотой и скважностью, создает опорное напряжение, а также содержит схемы обработки сигналов обратной связи: усилитель, компаратор и устройство защиты;
• Блоки МОП-транзисторов (MOSFET), управляется ШИМ-контроллером путем задания исходной формы выходного сигнала;
• Преобразователь постоянного тока в переменный, формирующий окончательную форму выходного сигнала;
• LC-усилитель, повышает напряжение выходного сигнала до нужного значения.
• Блок обратной связи обеспечивает стабилизацию выходного напряжения.

Потери энергии в частотном преобразователе и способы их снижения

Рассмотрим задачу отвода тепла в инверторной части инвертора. От чего зависят потери транзистора?

Рис. 8. Потеря энергии

Возьмем условный IGBT-транзистор, который включен в цепь с напряжением 500 вольт, ограничительный резистор.

Закрытое состояние: напряжение на затворе отсутствует, напряжение на коллекторе равно напряжению сети, тока нет, небольшие утечки, тепловыделение отсутствует. Открываем транзистор напряжением 10 вольт на затворе, это стандартное напряжение практически для всех транзисторных модулей. Транзистор не переходит в открытое состояние сразу, у каждого транзистора есть параметр, называемый временем включения или выключения. Типичное значение для наиболее распространенных транзисторов составляет 0,2 микросекунды. Времени мало, но за это время происходит как напряжение на кристалле транзистора, которое быстро уменьшается, так и возрастающее значение тока, которое также не увеличивается мгновенно. В этот момент происходят потери. И чем выше частота ШИМ, как мы говорили ранее, чем чаще включается и выключается транзистор, тем больше выделяется тепла из-за коммутационных потерь.

При открытии транзистора на некоторое короткое время устанавливается статический режим, продолжается тепловыделение: оно происходит из-за того, что напряжение на транзисторе в момент открытого состояния также не равно нулю, оно определяется потеря кристалла в открытом состоянии. Его типичное значение составляет 1,5 вольта. Может незначительно меняться в зависимости от технологии изготовления транзистора и т.д.

В этот момент тепловыделение тоже есть, но с потерями в открытом состоянии мы ничего сделать не можем, максимум использовать транзисторы с более низким напряжением в открытом состоянии. Мы можем справиться с потерями переключения, уменьшив частоту ШИМ. Это полезно, если инвертор находится в закрытом шкафу, где он больше нагревается. Понижая частоту ШИМ, мы можем уменьшить потери инвертора и снизить температуру.

Общие потери преобразователя частоты в виде тепла составляют прибл. 3%.

Потери в выпрямителе происходят через открытые диоды. Падение напряжения на открытом диоде, а также протекающий через него выпрямленный ток приводят к нагреву. Звено постоянного тока, состоящее из электролитических конденсаторов большой емкости, также нагревается, так как процесс заряда и разряда происходит все время. К потерям также относятся собственные нужды преобразователя частоты: работа вентиляторов охлаждения, электронных схем, вторичного электропитания и т.д.

Преобразователи постоянного напряжения в переменное

Эти устройства называются инверторами постоянного/переменного тока. Они могут использоваться как отдельное оборудование или в составе систем бесперебойного питания и преобразования мощности. Формирование переменного напряжения осуществляется с помощью транзисторов и ШИМ. Периодическое высокочастотное открывание/закрывание транзисторов в электрической цепи производит изменение направления движения тока и синусоидальное.

Важно не только то, как работает преобразователь напряжения, но и то, какую синусоидальную топологию он использует. Есть два основных варианта:

Топология «полумост» со сплошной нейтралью. Он характеризуется минимальным количеством мощных транзисторов и достаточно простой схемой. К недостаткам можно отнести необходимость использования двухполярного блока питания, в два раза больше высоковольтных конденсаторов. Этот вариант обычно используется для не очень больших нагрузок (0,5-1 кВт).

Топология моста. Наиболее распространенная схема в преобразователях тока. Он отличается повышенной надежностью, не требует большой входной емкости и дает минимальные пульсации на транзисторах. Недостатки включают повышенную сложность драйвера и увеличенное количество транзисторов.

Типы преобразователей

При выборе модели преобразователя также необходимо учитывать особенности потребляемой мощности разных устройств, с учетом особенностей потребления электроприборы можно условно разделить на 2 группы.

К первой группе относятся электроприборы, при включении которых и в начале работы кратковременная потребляемая мощность (так называемая пиковая пусковая нагрузка) в несколько раз превышает номинальную мощность. К этой группе относятся, например, насосы, компрессоры и холодильники, для их подключения часто необходимо использовать разделительные трансформаторы.

Вторая группа – электроприборы, пусковая мощность которых не превышает номинальной мощности, к ним относятся телевизоры, компьютеры, лампы, обогреватели, использующие постоянный ток, а также инструменты с двигателями коллекторного типа (дрели, отрезные станки, самолеты, бетономешалки, газонокосилки и пр.), который использует номинальную мощность только в момент приложения нагрузки, для устройств этой группы достаточно выбрать преобразователь напряжения с максимально допустимой мощностью, незначительно превышающей номинальную мощность устройства.

Электронный преобразователь напряжения.

Импульсные устройства

Импульсные преобразователи используются в тех случаях, когда необходимо преобразовать один уровень напряжения в другой. Чаще всего их собирают на основе индуктивных или емкостных накопителей энергии. Они отличаются от других источников питания высоким уровнем КПД, который в некоторых случаях достигает 95%. Принципиальные электрические схемы импульсных преобразователей выполнены с использованием 4-х элементов:

• переключающий элемент;
• накопители энергии (индуктор, дроссель, конденсаторы);
• блокировочный диод;
• конденсатор, включенный параллельно нагрузочному резистору.

Комбинации перечисленных компонентов могут образовывать импульсный преобразователь любого типа. Выходное напряжение определяется шириной импульсов, управляющих переключающим элементом. Это создает запас энергии в индукторе. Стабилизация реализована за счет обратной связи, то есть ширина импульса изменяется в зависимости от значения выходного напряжения.

Импульсный преобразователь напряжения.

Для создания токов высокой частоты применяют преобразователи, собранные с использованием колебательных контуров. При этом постоянное напряжение, подаваемое на генератор переменного напряжения (мультивибратор, триггер), также является источником питания. Выходные импульсы обычно имеют прямоугольную форму. Результирующее переменное напряжение можно повышать, понижать и т д

Кроме того, его легко выпрямить и получить нужную полярность. Для этого используют соответствующее включение диодов, а выпрямитель собирают, например, по мостовой схеме. Напряжение на выходе импульсных преобразователей должно быть стабилизировано. Для этого используют разные типы стабилизаторов (импульсные или линейные). Правда, последний используется редко из-за малой эффективности.

Что касается импульсных регуляторов, то в своей работе они используют широтно-импульсную или частотно-импульсную модуляцию. В первом случае изменяется длительность, во втором — частота импульсов. Существуют устройства с комбинированным методом стабилизации.

Автомобильные модели

С увеличением количества автомобилей возросла потребность в использовании в процессе эксплуатации различных бытовых приборов, в том числе питающихся от переменного напряжения 220В. Для этого были разработаны автомобильные преобразователи, с помощью которых постоянное напряжение от автомобильного аккумулятора +12 В (автомобили) или +24 В (грузовики) преобразуется в переменное 220 В. Можно подключить электробритву или электродрель к ним, заряжать портативный компьютер и т д.

Автомобильный инвертор представляет собой генератор напряжения, форма которого близка к синусоидальной. При этом ток на выходе устройства не зависит от значения тока на входе и может регулироваться практически от нуля до максимума. Таким же образом теоретически можно регулировать частоту и напряжение. Упрощенно электрическую схему автомобильного инвертора можно представить в виде трансформатора, первичные обмотки которого запитываются через тиристорные ключи. Включая обмотки по очереди, тиристоры создают переменный ток на выходе трансформатора.

Преобразователи напряжения для автомобилей

При этом формируется видоизмененная (ступенчатая) синусоида, но на работу большинства бытовых приборов это не влияет. Преобразователи для использования в автомобилях имеют достаточно высокий КПД, который достигает 90%, что свидетельствует о достаточно высоком качестве получаемой синусоиды. В процессе эксплуатации устройства потребитель имеет возможность выбрать один из трех режимов работы:

1. Режим работы, обеспечивающий непрерывную работу инвертора на номинальной мощности.
2. Режим перегрузки, позволяющий получить от устройства гораздо большую мощность, чем при использовании обычного режима. Но в этом режиме инвертор не должен работать более 30 минут.
3. Стартовый режим используется, когда необходимо получить мгновенную мощность при большой нагрузке (пуск электродвигателя и т.п.).

При использовании инвертора не рекомендуется постоянно включать его на максимальную мощность. Подбирать режим работы необходимо, исходя из размера нагрузки. При выборе инвертора для автомобиля основное внимание следует уделить мощности. Очевидно, что значение должно быть больше, чем мощность подключенных устройств. Кроме того, немаловажное значение имеет тип подключаемых электроприборов. Если предполагается подключение к автомобильному инвертору устройств, потребляющих значительный ток при запуске, необходимо приобрести устройство соответствующей мощности (от 300 до 2000 Вт).

Бытовые приборы

В настоящее время преобразователи напряжения широко используются в быту. Их стали использовать дома в качестве резервных или аварийных источников питания, задачей которых является обеспечение работы бытовых приборов в случае несанкционированного отключения сети централизованного электроснабжения. Обычно домашний инвертор представляет собой комбинацию инвертора с одной или несколькими батареями. На дачах и загородных домах (дачах) их также дополняют устройствами, способными заряжать аккумуляторы.

Схема бытового преобразователя напряжения.

В некоторых случаях для этого могут использоваться солнечные батареи или ветряные турбины. К инверторам, предназначенным для использования в домашних условиях, чаще всего подключаются бытовые приборы малой мощности:

• телевизионные наборы;
• компьютеры и т.д.

В то же время необходимо иметь в виду электроприборы, такие как холодильники, электронасосы и т д., для работы которых требуется источник питания «чистая синусоида», что требует приобретения значительно более дорогих устройств. В местах, где нет централизованной электросети, можно, рассчитав необходимую электрическую мощность, организовать систему электроснабжения всего дома. Однако для этого потребуется покупка довольно дорогого оборудования.

Бытовой преобразователь напряжения.

Например, стоимость преобразователя мощностью 10…60 кВт составляет не менее 20 000 долл. Использование таких устройств целесообразно при организации систем электроснабжения на основе альтернативных источников энергии. Если сравнивать классический онлайн источник бесперебойного питания (ИБП) с преобразованием напряжения, то комбинация аккумулятор + инверторные компоненты выглядит предпочтительнее по ряду причин, среди которых:

• щадящая работа батареи;
• большой выбор аккумуляторов;
• возможность параллельного подключения нескольких преобразователей и т.д.

На отечественном рынке электрооборудования импульсные преобразователи представлены в достаточно широком ассортименте. Продукция этих производителей отличается высоким качеством и большим количеством различных функций. Таким образом, преобразователи постоянного/переменного тока обеспечивают защиту глубоко разряженных аккумуляторов путем контроля минимального входного напряжения. Они также управляют параметрами выходного сигнала.

Бестрансформаторные устройства

Особенности преобразователя напряжения с 12 В на 220 В. В последнее время они стали очень популярны, так как на их производство необходимо тратить большие средства, а особенно на производство трансформаторов, т.к их обмотка выполнена из цветного металла , цена которого постоянно увеличивается. Самым большим преимуществом таких преобразователей является, конечно же, цена. Среди отрицательных сторон есть одна, существенно отличающая его от трансформаторных блоков питания и преобразователей. В результате выхода из строя одного или нескольких полупроводниковых приборов вся отдаваемая энергия может попасть на клеммы потребителя, а это непременно выведет его из строя.

Вот простой преобразователь переменного тока в постоянный. Роль регулирующего элемента играет тиристор. Проще обстоит дело с преобразователями, где нет трансформаторов, но которые работают на базе и в режиме усилителя напряжения. Здесь даже при высвобождении одного или нескольких элементов на грузе не появится опасная разрушительная энергия.

Бестрансформаторные преобразователи напряжения.

Принцип действия

Преобразователь напряжения формирует питающее напряжение нужного значения из другого питающего напряжения, например, для питания определенного оборудования от аккумуляторной батареи. Одним из основных требований к преобразователю является обеспечение максимального КПД. Преобразование переменного напряжения можно легко осуществить с помощью трансформатора, поэтому такие преобразователи постоянного напряжения часто делают на основе промежуточного преобразования постоянного тока в переменный.

• К первичной обмотке трансформатора подключен мощный генератор переменного напряжения, питаемый от исходного источника постоянного напряжения.
• Со вторичной обмотки снимается переменное напряжение необходимого значения, которое затем выпрямляется.
• При необходимости стабилизируют постоянное выходное напряжение выпрямителя с помощью стабилизатора, включаемого на выходе выпрямителя, или регулируя параметры переменного напряжения, вырабатываемого генератором.
• Для достижения высокого КПД в преобразователях напряжения используются генераторы, работающие в ключевом режиме и генерирующие напряжение с помощью логических схем.
• Выходные транзисторы генератора, коммутирующие напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток через транзистор не протекает) в состояние насыщения, при котором напряжение на транзисторе падает.
• В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев используется ЭДС самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. Транзистор действует как токовый ключ, а первичная обмотка повышающего трансформатора — как индуктивность. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Такие схемы способны генерировать напряжения до десятков кВ. Они часто используются для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. Это обеспечивает КПД более 80%.

Узлы, пригодные к модернизации

Важнейшим параметром любого сварочного аппарата является вольтамперная характеристика (ВАХ), благодаря которой обеспечивается стабильное горение дуги при разной длине дуги. Правильная ВАХ создается микропроцессорным управлением: маленький «мозг» инвертора «на лету» меняет режим работы автоматических выключателей и моментально регулирует параметры сварочного тока. К сожалению, перепрограммировать бюджетный преобразователь никак нельзя — управляющие микросхемы в нем аналоговые, а замена на цифровую электронику требует небывалых знаний схемотехники.

Однако «навыков» схемы управления вполне достаточно, чтобы сгладить «кривизну» начинающего сварщика, еще не научившегося удерживать дугу стабильно. Гораздо правильнее сосредоточиться на устранении некоторых «детских болезней», первой из которых является сильный перегрев электронных компонентов, приводящий к выходу из строя и разрушению силовых ключей.

Вторая проблема – использование радиоэлементов сомнительной надежности. Устранение этого недостатка значительно снижает вероятность поломки через 2-3 года эксплуатации устройства. Наконец, даже начинающему радиотехнику будет вполне по силам реализовать индикацию фактического сварочного тока для работы с теми или иными марками электродов, а также внести ряд других мелких доработок.

Элементы электрической схемы инверторных устройств

Блок сварочного преобразователя состоит из следующих основных элементов:

• выпрямители переменного тока, поступающие от обычной электрической сети;
• инверторный блок, собранный на основе высокочастотных транзисторов (такой блок является генератором высокочастотных импульсов);
• трансформатор, понижающий высокочастотное напряжение и повышающий высокочастотный ток;
• выпрямители переменного тока высокой частоты;
• рабочий шунт;
• электронное устройство, отвечающее за управление инвертором.

Вне зависимости от характеристик той или иной модели инверторного блока принцип его работы, основанный на использовании высокочастотного импульсного преобразователя, остается неизменным.

Пример принципиальной схемы инвертора (нажмите, чтобы увеличить)

Выпрямительный и инверторный блоки оборудования сильно нагреваются в процессе работы, поэтому их устанавливают на радиаторы, активно отводящие тепло. Кроме того, для защиты выпрямительного блока от перегрева используется специальный термодатчик, отключающий блок питания при достижении им температуры 90 градусов.

Инверторный блок, фактически являющийся генератором высокочастотных импульсов большой мощности, собран на основе транзисторов, включенных по типу «наклонный мост». Генерируемые в таком генераторе высокочастотные электрические импульсы подаются на трансформатор, что необходимо для понижения значения их напряжения.

Наиболее распространенными трансформаторами, применяемыми для оснащения сварочных инверторов, являются устройства со следующими характеристиками: первичная обмотка — 100 витков провода ПЭВ (толщиной 0,3 мм); 1 вторичная обмотка — 15 витков медного провода диаметром 1 мм; 2 и 3 вторичная обмотка — 20 витков медного провода диаметром 0,35 мм. Все обмотки тщательно изолированы друг от друга, а их выводы защищены и пропаяны.

Внутренняя структура сварочного инвертора

На выходной выпрямитель сварочного инвертора поступает ток высокой частоты. Простые диоды не справятся с преобразованием такого тока в постоянный. Поэтому в основе выпрямителя лежат мощные диоды с высокой скоростью открытия и закрытия. Для предотвращения перегрева диодного блока его размещают на специальном радиаторе.

Обязательным элементом любого сварочного инвертора является мощный резистор, обеспечивающий плавный пуск устройства. Необходимость использования такого резистора объясняется тем, что при включении питания на оборудование подается мощный электрический импульс, что может привести к выходу из строя диодов выпрямительного блока. Чтобы этого не произошло, через резистор подается ток на электролитические конденсаторы, которые начинают заряжаться. Когда конденсаторы достигают полного заряда и устройство переходит в нормальный режим работы, контакты электромагнитного реле замыкаются и ток начинает течь на диоды выпрямителя, уже минуя резистор.

Выходные дроссели на плате сварочного инвертора

Инверторы, благодаря своим техническим характеристикам, позволяют регулировать сварочный ток в широком диапазоне – от 30 до 200 А.

Работой всех элементов такого сварочного аппарата, отличающегося компактными габаритами, малым весом и большой мощностью, управляет специальный ШИМ-регулятор. Электрические сигналы подаются на контроллер от операционного усилителя, который управляется выходным током самого инвертора. На основании характеристик этих сигналов контроллер формирует выходные корректирующие сигналы, которые могут подаваться на выпрямительные диоды и транзисторы инверторного блока — генератора высокочастотных электрических импульсов.

Помимо основных, современные сварочные инверторы имеют еще и целый список полезных дополнительных опций. К таким свойствам, значительно облегчающим работу с аппаратом и позволяющим добиться качественных, надежных и красивых сварных соединений, относятся форсирование сварочной дуги (быстрое зажигание), антиприлипание электрода, плавная регулировка сварочного тока, и наличие системы защиты от новых перегрузок.

Печатная плата с основными элементами инвертора

Повышающий импульсный преобразователь

Повышающий импульсный преобразователь напряжения (рис. 2) выполнен на тех же основных элементах, но имеет другое их сочетание: последовательное соединение индуктивного накопителя энергии L1, диода VD1 и нагрузочного резистора RH с фильтрующим конденсатором С1, подключенный параллельно, подключается к источнику питания. Соединительный элемент S1 включен между точкой соединения накопителя энергии L1 с диодом VD1 и общей шиной.

Рис. 2. Принцип работы повышающего преобразователя напряжения.

Когда переключатель разомкнут, ток от источника питания течет через индуктор, где сохраняется энергия. Диод VD1 закрыт, цепь нагрузки отключена от источника питания, ключа и накопителя энергии.

Напряжение на нагрузочном резисторе поддерживается за счет энергии, запасенной на фильтрующем конденсаторе. При размыкании ключа к напряжению питания добавляется ЭДС самоиндукции, запасенная энергия передается в нагрузку через открытый диод VD1. Полученное таким образом выходное напряжение превышает напряжение питания.

Ремонт прибора

Ремонтировать эти устройства для преобразования одного вида напряжения в другой лучше в сервисных центрах, где персонал имеет высокую квалификацию и тогда дадут гарантии на проделанную работу. Чаще всего любой современный качественный преобразователь состоит из нескольких сотен электронных деталей, и при отсутствии явных перегоревших элементов найти поломку и устранить ее будет очень сложно.

Некоторые китайские дешёвые устройства такого типа вообще принципиально лишены возможности ремонта, чего нельзя сказать об отечественных производителях. Да, может они немного громоздки и не компактны, но ремонту подлежат, так как многие их детали можно заменить на аналогичные.

Инвертор напряжения с регулированием выходных параметров

Самый простой способ изменить значение un — настроить значение входа Uip, если такая возможность существует. Например, для регулируемого выпрямителя это не проблема. Но такие источники электрической энергии, как батарея, суперконденсатор или солнечная батарея, такой возможностью не обладают. Таким образом, регулировка частоты и размера выходного сигнала полностью находится в ведении инвертора.

Для контроля величины un одна пара диагонально противоположных транзисторов должна открываться несколько раньше, чем в рассмотренном выше случае. Поэтому алгоритм системы управления должен предусматривать смещение управляющих сигналов. Например, приложенные к открытию VT1 и VT4 относительно управляющих импульсов, приложенных к основаниям VT2 и VT3, на определенный угол, называемый углом управления α.

Отметим, что амплитудное значение un остается неизменным и примерно равно значению Uip, но действующее значение un будет уменьшаться с увеличением угла управления α. Давайте посмотрим, как это работает.

В интервале времени от t1 до t2 открыта пара транзисторов VT1 и VT4; i течет справа налево, как показано на схеме. В момент времени t2 первый транзистор закрывается, а второй открывается. Ток сохраняет прежнее направление, а нагрузка оказывается замкнутой, в результате чего напряжение на ней падает почти до нуля, и соответственно уменьшается i.

Затем поступает команда от системы управления и VT2 открывается, а VT4 закрывается. Однако накопленная в индуктивности энергия не позволяет току изменить направление, и он течет по той же цепи, только через диоды VD2 и VD3 напротив источника тока. Продолжительность этого процесса продолжается до момента времени t4. В момент t4 под действием приложенного Uip in меняет знак на противоположный.