Нагрузка для сварочного инвертора при ремонте

Самодельная нагрузка для сварочного аппарата

Здравствуйте друзья. Пару дней назад отдали мне блок управления от механизма протяжки полуавтомата. Он собственно пошел на запчасти для другого аппарата, а вот корпус с измерительными приборами отлично подошел для нагрузочного резистора для проверки сварочных аппаратов постоянного тока, пока только постоянного.

Достаточно полезный прибор для определения реальных характеристик сварочных инверторов
Давно мечтал узнать какой ток у моего сварочного Procraft AWH-285, не вериться что там 285А

Вот так выглядит этот блок управления. Управлял блоком подачи проволоки Гранит ЗУЗ. Один рабочий, второй ушел на запчасти

А вот так он выглядит внутри, тот что мне достался на запчасти

Вот такой солидный шунт на 500А
Две измерительные головки Амперметр 500А и Вольтметр 75В

Изготовил три пружины из вязальной проволоки диаметром 1,5мм на оправке 35мм по 27 витков. Это примерно 3м проволоки. Все соединил на шпильке М8.

Оправка труба с прорезью вдоль. Край проволоки фиксируется в этой прорези и кручу трубу, придерживая проволоку, так что бы она ложилась плотней виток к витку. Потом при установке пружина сама растянулась на сколько надо.

Соединил минус медной шиной, а плюс гибким соединением из сварочного кабеля 50мм кв.

Решил проверить сварочником и сварочник заодно и картинка такая, напряжение 8В, ток 80А

Как то маловато видимо сопротивления, всего 0,07Ом, поэтому последовательно соединил еще 3 таких же пружин. А соединил блоки алюминиевой шиной очень большого сечения, это расплюснутая труба.

Но как оказалось мой аппарат всего 80А может отдать, а на индикаторе 295А. Купил его год назад за 4500 рублей на местном рынке. Рассчитывал на 160 хотя бы. То то я думал он не варит толком, а вот в чем дело то 80А всего

В итоге немного побаловавшись настроил аппарат свой на 120А, так же настроил индикатор. Хороший пример применения нагрузки.
Веря индикаторам и зная закон Ома, сопротивление резистора 0,19Ом. А это от того, что нагрелась проволока и повысилось сопротивление.

О настройке моей Китайской сварки расскажу в статье Настройка и честные характеристики ProCraft AWH-285, а вот нагрузкой очень доволен. Пружины хоть и греются, но не разу не покраснели за 3 минуты нагрузки. Думаю до 200А можно нагружать.

На счет крышки пока думаю, так же как и о кабеле соединения со сваркой. А если нравятся мои идеи, подпишитесь на обновления в группах Вконтакте или Одноклассниках и всегда будьте в курсе последних обновлений. Так же можно подписаться на обновления по электронной почте в колонке справа, просто вставьте электронный адрес.

Удачи всем с ремонтами
С ув. Эдуард

Распродажа на АлиЭкспресс. Успей купить дешевле!

Расчет универсальной нагрузки для диагностики сварочных аппаратов

Появление малогабаритных сварочных аппаратов(СА)инверторного типа значительно расширило парк СА. Увеличилось и количество обращений в ремонтные мастерские, связанные с ремонтом сварочных аппаратов. После ремонта любой сварочный аппарат требует испытания на соответствие своим техническим параметрам, заявленным в паспорте. К таким параметрам, прежде всего, относятся:

— напряжение холостого хода;

— минимальный сварочный ток;

— максимальный сварочный ток;

— продолжительность нагрузки ПН%;

Для определения последних трех параметров требуется мощная универсальная нагрузка, позволяющая имитировать работу СА на электрическую дугу. В качестве такой нагрузки зачастую используется балластный реостат типа РБ-315 (1) или генератор статической нагрузки фирмы TEL-WIN (2). Как известно из теории и практики электродуговой сварки (3), напряжение дуги при ручной сварке покрытыми электродами определяется формулой:

где U_d — напряжение на дуге в Вольтах, I_d — ток дуги в Амперах;

В соответствии с этой формулой составляется таблица зависимости напряжений U_d от тока l_d. Ручкой регулировки тока на СА выставляют требуемую минимальную или максимальную величину тока. Диагностируемый СА нагружают на балластный реостат, который с помощью имеющихся у него переключателей позволяет задавать различные сопротивления нагрузки. С помощью переключателей балластного реостата подбирают такое сопротивление нагрузки, при котором измеряемое напряжение на выходе СА и измеряемый ток нагрузки соответствовали бы имеющимся табличным значениям сварочной дуги. Таким способом можно определить реальный ток на выходе испытуемого СА. Этот процесс измерения сварочного тока требует определенных трудозатрат, так как подобрать сразу необходимое сопротивление балластного реостата, как правило, не удается.

Для упрощения процесса измерения параметров СА автор предлагает следующий универсальный имитатор нагрузки для сварочных аппаратов (далее — ИНСА).

ИНСА представляет активную нагрузку, состоящую из проволочной спирали R сопротивлением 0,04 Ом, включенной последовательно со стабилизатором напряжения (J1 20 В.

Рис. 1 Эквивалентная схема ИНСА

Как видно из эквивалентной схемы (рис.1), напряжение U_d, приложенное к зажимам этой схемы, будет соответствовать вышеприведенной формуле при произвольных значениях тока l_d. Таким образом имитатор нагрузки СА будет являться эквивалентом сварочной дуги и с его помощью можно имитировать сварочный процесс без получения электродугового разряда с температурой 5000. 7000 °С и без необходимости использовать все сварочные аксессуары (защитная маска, электрод, электрододержатель).

Максимально допустимый ток стабилизатора напряжения U1 должен быть не менее максимального тока диагностируемых СА .

Рис.2. Функциональная схема ИНСА

На рис. 2 показана функциональная схема предлагаемогоимитатора нагрузки, рассчитанного на максимальный ток 300 А.

Выходные кабели испытуемого СА подключаются к зажимам IN1, IN2 имитатора нагрузки. Напряжение с выхода СА подается на диодный мост VD1 и на схему выделения напряжения А1. Диодный мост VD1, рассчитанный на максимальный ток диагностируемых сварочных аппаратов, необходим для того, чтобы имитатор нагрузки можно было использовать для испытаний СА постоянного и переменного токов. На выходе схемы выделения напряжения А1 вырабатывается напряжение 2U_vd, равное напряжению падения на двух диодах выпрямительного моста VD1. Это напряжение поступает на вход сумматора АЗ и вычитается из опорного напряжения 20 В, поступающего на второй вход сумматора. С выхода сумматора АЗ напряжение, равное (20-2U_vd), поступает на инверсный вход стабилизатора напряжения U1 (обведен пунктиром). Стабилизатор работает с последовательно включенным резистором R2. Принцип работы стабилизатора напряжения U1 аналогичен работе микросхемы TL431 — трехвыводного регулируемого параллельного стабилизатора [4]. На прямой вход стабилизатора поступает напряжение с преобразователя А2, который преобразует действующее (среднеквадратичное)значение напряжения, снимаемого с точки соединения проволочных резисторов R1 (0,04 Ом) и R2, в постоянное напряжение [5]. Посредством операционного усилителя DA1, силового транзистора VT1 и проволочного резистора R2 в точке соединения резисторов R1 и R2 поддерживается стабилизированное напряжение, равное величине (20-2U_vd) В. Номинал резистора R2 определяется максимальным значением тока l_{d_max} из выражения: l_{d_max}=(20-2U_vd)/(R2+R_sd), где R_sd — сопротивление открытого состояния силового MOSFET-транзистора VT1. Для l_{d_max}=300 А значение R2=0,05 Ом.

Резистор R0 используется в качестве шунта для измерения величины тока l_d. При токе величиной 300 А падение напряжения на нем равно 75 мВ. Напряжение с этого шунта подается на схему выделения действующего значения тока А4 и, далее, на регистратор тока А. Входное напряжение U_d на входе ИНСА определяется по формуле:

Поскольку величина падения напряжения на резисторе R0 не превышает 75 мВ, то последним слагаемым l_dxR0 можно пренебречь. Таким образом, получаем:

То есть, напряжение U_d на входе имитатора нагрузки будет соответствовать необходимому напряжению дуги при ручной сварке.

Кроме этих узлов функциональная схема имеет блок питания А5 (DC/DC-преобразователь), формирующий напряжение питания и опорное напряжение вышеперечисленных узлов, и вентилятор FEN для охлаждения диодного моста VD1 и транзистора VT1. Таким образом, вышеописанный ИНСА будет представлять из себя конструкцию, на передней панели которой размещаются амперметр (регистратор тока) и две клеммы для подключения кабелей от диагностируемого СА. Подключение к внешнему источнику питания ИНСА не требуется — все электронные узлы, включая вентилятор охлаждения, питаются от диагностируемого сварочного аппарата. Измерение выходного тока СА будет предельно просто — нужно подключить сварочные кабели к клеммам имитатора и снять показания регистратора тока.

Основной вопрос при разработке данного имитатора — это правильное определение теплового режима элементов конструкции. Для этого в первую очередь необходимо определить максимальную мощность, выделяемую на диодном мосте VD1 и силовом транзисторе VT1.

Мощность, выделяемая на диодном мосте VD1, вычисляется по формуле:

Максимальная мощность будет выделяться при максимальном токе I_{d_max.}

Для l_{d_mах}=300 А И U_vd= 1,5 В (падение напряжения на одном диоде) получим P_{vd_max}=900 Вт.

При условии, что ток, потребляемый блоком питания А5, много меньше тока l_d, мощность, выделяемая на силовом транзисторе VT1, равна

Максимальная мощность Р_{vt_max} будет выделяться при токе l_d=(20-2U_vd)/2R2=17/0,1 = 170 А и составит Р_{vt_mах}=170х(20-2х1,5 -170×0,05)= 1445 Вт. Исходя из этих значений мощностей: P_{vd_max}=900BT И P_{vt_max}=1445 Вт Необходимо рассчитывать эффективную площадь радиатора охлаждения, на котором будут устанавливаться диоды моста VD1 и силовой транзистор VT1.

Можно отказаться от диодного моста VD1 и заменить его вторым стабилизатором напряжения U2 противоположной полярности, включенным последовательно со стабилизатором U1, как показано на рис. 3.

Рис. 3. Функциональная схема ИНСА без диодного моста

Когда напряжение, поступающее из сварочного аппарата, имеет полярность «плюс» на клемме IN1 и «минус» на клемме IN2, то работает стабилизатор U1. Второй стабилизатор блокируется диодом VD2, являющимся составной частью силового транзисторного модуля VT2. При противоположной полярности приложенного напряжения («плюс» на клемме IN2, а «минус» на клемме IN 1) работает второй (верхний на рис. 3) стабилизатор напряжения U2, а стабилизатор U1 блокируется диодом VD1. При такой функциональной схеме количество тепла, выделяемое на активных элементах схемы при l_{d_mах}=300 А, уменьшается, поскольку в каждый полу-период тепло выделяется только на одном диоде транзисторного модуля, а не на двух диодах моста, как имело место в первой функциональной схеме с диодным мостом. Однако, максимальная мощность P_{vt_max}, выделяемая на силовом MOSFET-транзисторе, будет больше, чем в схеме с диодным мостом.

Если же заменить линейный стабилизатор напряжения импульсным, то можно существенно снизить рассеиваемую мощность на силовом MOSFET-транзисторе, поскольку он будет работать в ключевом режиме.

В настоящее время автором отрабатывается схема конструкции вышеописанного универсального имитатора нагрузки сварочного аппарата.

1. В.Я. Володин. Как отремонтировать сварочные аппараты своими руками. Наука и Техника,Санкт-Петербург, 2011, стр. 33, 291-293.

2. /valvolodin.narod.ru/schems/Tecnica_141-161.pdf. Инструкция по ремонту инверторного сварочного аппарата Tecnica 141-161, стр. 10 Static load generator

3. ГОСТ Р МЭК 60974-1-2004, п. 11.2.1.

4. Микросхемы для линейных источников питания и их применение. ДОДЭКА, изд. второе, 1998 г., стр. 219.

5. Пейтон, Волш. Аналоговая электроника на операционных усилителях. БИНОМ, Москва,

Автор: Александр Бегиев ( г. Волжский, Волгоградская обл.)

Мнения читателей

• Kabayan / 28.06.2019 — 14:10
  Super inoramftive writing; keep it up.
• Avo / 10.08.2018 — 07:33
  Всё уже давно умными людьми написано. Многократно печаталось и «сдиралось»перепечатав. Но как у многих руки росли из мест на чём сидят , так всё и продолжается. К сожалению. Может даже и хуже ! Настоящие специалисты как всегда «на вес золота » !
• боря / 25.07.2018 — 22:00
  хорошими руками и головой сварщику не до того, ему работы всегда сильно много. на игрушки в рабочее время его не хватает. причём люди они технически продвинутые , это я без трёпа постоянно общаюсь с ними в обычной жизни и по работе.
• Сергей / 09.05.2018 — 06:35
  Человек даже с небольшим опытом, сразу определит качество сварочного аппарата . Проблема в том, что все больше человеков у которых руки из места на котором сидят ростут .

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Типы сварочных инверторов и расчет их мощности

Мощность сварочного аппарата – это одна из основных характеристик, на которые необходимо обращать внимание при его выборе.

Чтобы лучше разобраться во всех тонкостях, связанных со сварочными устройствами и понять основные моменты для расчета данного параметра, необходимо прояснить несколько важных аспектов. Информацию будет полезно знать всем тем, кто занимается сваркой.

Основные типы сварочных аппаратов

Инверторные сварочные аппараты подразделяются на три категории:

• бытовые;
• полупрофессиональные;
• профессиональные.

Отмеченное разделение выполнено, в первую очередь, исходя из области и частоты использования устройства. Чтобы понять, какой нужен аппарат для сварки, необходимо определиться с условиями его применения.

Бытовые рассчитаны на непродолжительное время работы. Использовать подобные приборы для постоянной и длительной сварки не представляется возможным. Уже после 5-10 минут использования аппарату необходимо дать «отдохнуть» в течение такого же, а иногда большего, промежутка времени.

В то же время возможность подключения подобного инвертора в бытовую однофазную сеть делает его весьма удобным для использования в домашних целях. Для быстрой сварки металлических конструкций на даче или для домашней работы не столь критично, сколько сварочный инвертор сделает перерывов.

Инверторы полупрофессионального класса способны функционировать дольше, что достигается благодаря особенностям их конструкции. Подобные устройства используют при ремонте труб, изготовлении каркасов и металлоконструкций. Питаются они, как правило, от трехфазной сети.

Аппараты профессионального класса способны работать без перерыва на протяжении суток. Их сварочный ток может достигать 500 ампер. Это значит, что потребляемая мощность сварочного инвертора подобного типа будет наибольшей.

Все бытовые, некоторые полупрофессиональные и профессиональные аппараты способны питаться от сети 220 вольт. В то же время не стоит забывать, что ток электросети не может превышать 160 ампер.

Приобретая инвертор необходимо заранее рассчитывать, какая мощность ему необходима и какой ток он будет потреблять.

Подключение устройства с более высокими показателями может привести к выключению автомата, либо к выгоранию контактов розетки, так как оборудование рассчитано на большее количество киловатт.

Итак, на что же следует обращать внимание при выборе бытового инвертора? В первую очередь на сварочный ток, характеристика которого указывается производителем в паспорте или руководстве к прибору.

Данный критерий показывает при каком токе будет обеспечена нормальная работа инвертора без перегрузок, с учетом продолжительной нагрузки. Конечно лучше отдать предпочтение аппаратам с запасом по мощности на 30-50% к показателю рабочего тока.

В обычной городской электросети часто бывают скачки напряжения. Как правило, такие перепады происходят в обе стороны на 15-20 % от номинального значения в 220 вольт.

Обычно бытовые и профессиональные инверторы не столь чувствительны к подобным скачкам. Даже при их наличии они способны эффективно работать.

Однако во время подключении к генератору колебания могут быть существенно больше. В связи с этим лучше выбрать сварочный аппарат с защитой от перепадов напряжения.

Проверить все параметры приборов непосредственно при покупке достаточно сложно, даже при наличии в аппаратах цифровых дисплеев. Даже они могут выводить неправильную информацию и ввести покупателя в заблуждение.

Расчет мощности аппарата

Перед тем, как приступать к расчету мощности аппарата, необходимо знать следующие параметры:

• диапазон входного напряжения и сварочного тока;
• напряжение сварочной дуги;
• КПД конкретного прибора;
• продолжительность включения;
• коэффициент мощности.

Интервал сварочного тока показывает, при каких параметрах сети можно работать. Это связано с тем, что на самом деле в бытовых электросетях не наблюдается заявленных 220 вольт. Иногда напряжение может быть меньше 200 В, а иногда – существенно превышать 220 В.

При подключении сварочного аппарата к электросети может наблюдаться падение напряжения на 5-10 процентов от номинального значения.

В связи с этим целесообразно обратить внимание на модели, для которых заявлен рабочий интервал от 150-170 до 220-250 вольт. Именно такие устройства способны обеспечить лучшие показатели мощности.

Диапазон сварочного тока определяет его наибольшее и наименьшее значение. От данной характеристики напрямую зависит мощность инвертора. Для бытовых моделей минимальные значения могут варьироваться от 10 до 50 А, а максимальные – от 100 до 160 А.

Одной из важных характеристик инвертора является продолжительность включения. Данный параметр фактически свидетельствует о том, насколько качественно то или иное устройство. Смысл критерия сводится к соотношению времени работы к «отдыху».

Например, если данный показатель составляет 50%, то на каждые пять минут работы устройство должно охлаждаться такой же промежуток времени. Таким образом, чем ниже этот параметр, тем длиннее будут перерывы.

Высокий процент наоборот свидетельствует о том, что прибор можно использовать продолжительный период времени без перерывов.

Коэффициент мощности сварочного инвертора напрямую зависит от продолжительности включения. Расчет для определения данной характеристики определяется из соотношения времени непрерывной работы к общему времени.

Давайте рассмотрим все на простом примере. Рассчитаем мощность инверторного аппарата для сварки, проработавшего 4 минуты до срабатывания защиты. Затем ему необходимо было остывать две минуты, прежде чем он стал готовым к работе.

Итак, чтобы узнать какой коэффициент у данного устройства, необходимо три разделить на пять – общее время работы, и умножить на сто. Получаем искомую величину. Для бытового мини варианта и полупрофессионального оборудования коэффициент не превышает 0,6-0,7.

Допустим, имеется прибор, для которого необходимо электроснабжение 160-220 В, а его максимальный ток равен 160 ампер при напряжении дуги 23 вольта. Пусть коэффициент полезного действия такого прибора составляет 0,89, а ПВ 60%.

Перечисленных выше параметров вполне достаточно для расчета потребляемой мощности. Необходимо умножить ток на напряжение дуги и разделить все это на КПД. В результате получиться 4135 Ватт.

Данное значение показывает мощность, потребляемую непосредственно во время работы. Однако, как уже было сказано ранее, необходимо учитывать также и продолжительность включения. Чтобы это сделать, нужно 4135 умножить на 0,6. Получится 2481.

Данная величина является средней мощностью. Она считается наиболее актуальной и правильной при определении расхода электроэнергии.

Подобный подход наиболее приближен к действительности. Ведь очень редко можно встретить ситуацию, когда инвертор работал бы сутками напролет без перерывов. Паузы и задержки случаются всегда, без них просто не обойтись.

Стоит хотя бы учесть время, необходимое для смены электродов или для подготовки деталей к сварке.

Таблица мощности

Выбирая сварочный инвертор необходимо принимать во внимание и другие факторы, кроме потребляемых кВт. Особенно это касается профессиональных моделей. К ним предъявляются более высокие запросы, чем к бытовым версиям.

Необходимо учитывать толщину свариваемых материалов. От данного критерия будет также зависеть и мощность инверторного сварочного аппарата и толщина электродов. Необходимые параметры приведены в таблице ниже.

Она существенно упрощает расчет потребляемой мощности в зависимости от условий работы. Кроме того данная таблица пригодится новичкам, которые нередко задаются вопросом о выборе электрода правильного диаметра.

Продолжительность нагрузки (ПН) сварочного инвертора. Что это и зачем его знать?

Зачем нужно знать и соблюдать ПН — продолжительность нагрузки сварочного аппарата? Как не допустить перегрузку инвертора и его поломку? Как эксплуатировать инвертор с учетом ПН?

Как правило, в описаниях сварочного инвертора (паспортах, инструкциях, рекламных проспектах) указывается номинальный сварочный ток в амперах при соответствующем значении ПН (продолжительности нагрузки) в процентах. Номинальный сварочный ток — это ток, при котором инвертор будет работать без перегрузки и не будет перегреваться, с учетом соблюдения ПН (%), т.е. в повторно-кратковременном режиме.

■ Продолжительность нагрузки – ПН (%) сварочного инвертора или продолжительность включения — ПВ:
Большинство сварочных источников — выпрямители и инверторы в частности, работают в повторно-кратковременном режиме. Это значит, что период работы под нагрузкой (сварка) чередуется с периодом работы без нагрузки (на холостом ходу, режим паузы). Эти периоды повторяются и образуют сварочный цикл. Повторно-кратковременный режим характеризуется Продолжительностью нагрузки ПН (%). Значение ПН определяется делением времени работы инвертора под нагрузкой (время сварки – Тсв.) на общее времени цикла сварки (время сварки Тсв. + время паузы Тпаузы), в процентах.

За время цикла сварки обычно принимается 5мин., для промышленных выпрямителей или инверторов – 10 мин. ПН инвертора может быть, 20, 30, 40, 60 или 100%, с учетом этого значения определяется номинальный сварочный ток. Производитель может указывать несколько значений номинального тока при соответствующих значениях ПН%, например для инвертора Форсаж-200:

200А – 40%
160А – 80%
140А – 100%

Пример: У популярного инвертора БАРС Profi ARC-207D номинальный ток при ПН=60% будет 200А, при ПН=100% — ток 160А. (при цикле сварки 5мин). Вы можете работать на номинальном сварочном токе 200А в течение 3-х минут электродами 5мм, а время паузы должно быть не менее 2 мин (ПН=60%). На сварочном токе 160А инвертор может работать в длительном (непрерывном) режиме (ПН=100%) электродами 4мм.
Как правило, для оборудования российского производства ПН рассчитывается при температуре окружающего воздуха 25°С, для азиатской и европейской техники – при температуре 40°С. Считается, что на практике работать в режиме ПН=100% невозможно, т.к. всегда необходимо технологическое время для смены электрода, осмотра шва, удаления шлака, позиционирования деталей, физиологических перерывов, отдыха и т.д. Научно обоснованное ПН, при котором сварщик физически может работать в течение смены – не более 60%. Поэтому для профессиональных аппаратов ПН=60% на номинальном токе более чем достаточное,

Для большинства моделей европейского производства ПН=30% это норма, т.к. оборудование редко используется на полной мощности в длительном режиме. Значение ПН = 30-40% на максимальном токе никого не должно смущать.

Например, у инвертора БАРС MiniARC-200D, ПН=35% при токе 200А. При этом с уменьшением температуры воздуха ПН источника увеличивается, так как улучшается его охлаждение. При температуре 15º С продолжительность нагрузки этого инвертора будет уже примерно 50%, а на токе 160А – около 60%. Инвертор может работать электродом 4мм в режиме: 3 минуты – сварка, 2 минута – пауза при условии, что длина сварочных кабелей не превышает 3-5м. Этого вполне достаточно для работы в бытовых условиях. Поэтому, выбирая недорогой бытовой инвертор, можно ориентироваться на показатель ПН=30%, если модель, производитель и бренд вызывает доверие.

Ряд недобросовестных производителей завышают паспортные данные тока и ПН%, в результате чего инвертор либо не обеспечивает нужный ток, либо работает с перегрузкой, перегревается и выходит из строя. Это характерно для дешевой бытовой техники. Будьте внимательны!
Рекомендуем Вам кроме рекламных материалов читать паспорта, заводские таблички на корпусе аппарата, а также изучать отзывы о работе инверторов.

Как воспользоваться всей этой информацией?

Если Вы выбираете бытовой аппарат, то Вам вполне подойдет инвертор с показателем ПН=30% на максимальном токе, но если Ваш аппарат для заработка, лучше выбрать модель с показателем ПН=60%. В любом случае при эксплуатации следует учитывать ПН и не допускать перегруки.

Для профессиональной работы выберите инвертор с высоким показателем ПН: