Основные неисправности сварочных инверторов и методы их устранения

Диагностика неисправностей инверторов

Непосредственно перед выполнением восстановления работоспособности инверторного оборудования для сварки следует ознакомиться с типовыми неисправностями и наиболее эффективными методами диагностики.

В большинстве случаев, ремонт полуавтоматов для сварки следует производить по такому алгоритму:

1. Визуальный осмотр всех узлов инвертора.
2. Зачистка окислившихся контактов при помощи растворителя и щетки.
3. Изучение конструкции инвертора по идущей в комплекте документации.
4. Диагностика неисправности.
5. Замена нерабочих электронных компонентов.
6. Пробный запуск.

Функциональная схема сварочного инвертора. Все неисправности, при которых может потребоваться ремонт своими руками сварочных аппаратов делятся на три вида:

• возникшие из-за неправильного выбора режима сварки;
• возникшие из-за нарушения в работе одного из элементов электронной схемы прибора;
• возникшие из-за попадания пыли или сторонних предметов в корпус инверторного блока питания.

Перед тем, как проверить сварочный аппарат на предмет неисправных радиодеталей, следует провести полную чистку от пыли и грязи. Засорение элементов охлаждения системы поддержания дуги может пагубно сказаться на работоспособности многих электронных компонентов.

Если при предварительной визуальной проверке не выявлены неисправности, то следует переходить к более глубокой диагностике.

Типичные причины выхода из строя инвертора представлены:

• попаданием жидкости внутрь корпуса инвертора, повлекшим за собой окисление токопроводящих дорожек и коррозию основных радиоэлементов;
• обилием пыли и грязи внутри корпуса, вследствие которых существенно ухудшилось охлаждение и произошел перегрев силовых микросхем;
• перегревом работы инвертора из-за выбора неправильного режима работы, вследствие которого может потребоваться ремонт сварочных выпрямителей.

Методика ремонта преобразователя и других ключевых узлов инверторного источника тока будут показаны в следующем разделе.

Устройство сварочного инвертора

Сварочные инверторы в зависимости от моделей работают как от бытовой электрической сети (220 В), так и от трехфазной (380 В). Единственное, что нужно учитывать при подключении аппарата к бытовой сети – это его потребляемая мощность. Если она превышает возможности электропроводки, то работать агрегат при просаженной сети не будет.

Итак, в устройство инверторного сварочного аппарата входят следующие основные модули.

1. Первичный выпрямительный блок. Этот блок, состоящий из диодного моста, размещен на входе всей электрической цепи аппарата. Именно на него подается переменное напряжение из электросети. Чтобы снизить нагревание выпрямителя, к нему прикреплен радиатор. Последний охлаждается вентилятором (приточным), установленным внутри корпуса агрегата. Также диодный мост имеет защиту от перегрева. Реализована она с помощью термодатчика, который при достижении диодами температуры 90° разрывает цепь.
2. Конденсаторный фильтр. Подсоединяется параллельно к диодному мосту для сглаживания пульсаций переменного тока и содержит 2 конденсатора. Каждый электролит имеет запас по напряжению не менее 400 В, и по емкости от 470 мкФ для каждого конденсатора.
3. Фильтр для подавления помех. Во время процессов преобразования тока в инверторе возникают электромагнитные помехи, которые могут нарушать работу других приборов, подключенных к данной электрической сети. Чтобы убрать помехи, перед выпрямителем устанавливают фильтр.

4. Инвертор. Отвечает за преобразование переменного напряжения в постоянное. Преобразователи, работающие в инверторах, могут быть двух типов: двухтактные полумостовые и полные мостовые. Ниже приведена схема полумостового преобразователя, имеющего 2 транзисторных ключа, на основе устройств серий MOSFET или IGBT, которые чаще всего можно увидеть на инверторных аппаратах средней ценовой категории.Схема же полного мостового преобразователя является более сложной и включает в себя уже 4 транзистора. Данные типы преобразователей устанавливают на самых мощных аппаратах для сварки и соответственно — на самых дорогостоящих.

   Так же, как и диоды, транзисторы устанавливаются на радиаторы для лучшего отвода от них тепла. Чтобы защитить транзисторный блок от всплесков напряжения, перед ним устанавливается RC-фильтр.

5. Высокочастотный трансформатор. Устанавливается после инвертора и понижает высокочастотное напряжение до 60-70 В. Благодаря включению в конструкцию данного модуля ферритового магнитопровода, появилась возможность снизить вес и уменьшить габариты трансформатора, а также уменьшить потери мощности и повысить КПД оборудования в целом. К примеру, вес трансформатора, имеющего железный магнитопровод и способного обеспечивать ток в 160 А, будет около 18 кг. Но трансформатор с ферритовым магнитопроводом при тех же характеристиках тока будет иметь массу около 0,3 кг.
6. Вторичный выходной выпрямитель. Состоит из моста, в составе которого находятся специальные диоды, с большой скоростью реагирующие на высокочастотный ток (открытие, закрытие и восстановление занимает около 50 наносекунд), на что не способны обычные диоды. Мост оборудован радиаторами, предотвращающими его перегрев. Также выпрямитель имеет защиту от скачков напряжения, реализованную в виде RC-фильтра. На выходе модуля размещаются две медных клеммы, обеспечивающих надежное подключение к ним силового кабеля и кабеля массы.
7. Плата управления. Управлением всеми операциями инвертора занимается микропроцессор, который получает информацию и контролирует работу аппарата с помощью различных датчиков, расположенных практически во всех узлах агрегата. Благодаря микропроцессорному управлению, подбираются идеальные параметры тока для сварки разного рода металлов. Также электронное управление позволяет экономить электроэнергию за счет подачи точно рассчитанных и дозированных нагрузок.
8. Реле плавного пуска. Чтобы во время пуска инвертора не перегорели диоды выпрямителя от высокого тока заряженных конденсаторов, применяется реле плавного пуска.

Как работает сварочный инвертор

Инверторный аппарат — источник постоянного тока, обеспечивающий во время сварки конструкций и изделий из металла зажигание и непрерывность работы электрической дуги. Это достигается высокочастотной трансформацией тока большой силы, что приводит к уменьшению размера трансформатора и делает выходящий ток стабильнее. Нужные параметры тока достигаются в несколько этапов:

• первичное выпрямление тока, поступившего из сети;
• трансформация выпрямленного тока в высокочастотный;
• увеличение силы тока высокочастотным трансформатором, что ведёт к уменьшению его напряжения;
• вторичное выпрямление до заданной величины.

Выпрямление тока происходит с помощью диодных мостов нужной мощности, частоту регулируют высокомощные трансформаторы, которые, имея высокую частоту, обеспечивают необходимую силу тока на выходе.

https://youtube.com/watch?v=lei9GDzJp74

Конструкция инверторных аппаратов

Большинство сварочных инверторов имеет блочное строение, где каждый из блоков можно, в свою очередь, разделить на собственные составляющие. Основных блоков три:

• блок питания;
• управляющий блок;
• силовой блок.

Блок питания стабилизирует входной ток. От других элементов его обычно отделяет металлическая перегородка. Он состоит из конденсаторов, накапливающих заряд, дроссельной системы управления, собранной на диодах, и управляемого транзисторами многообмоточного дросселя.

В свою очередь, силовой блок, контролирующий процессы преобразования тока, состоит из таких частей, как:

• первичный и вторичный выпрямители — собраны на основе диодных мостов, в случае первичного способных выдерживать ток силой до 40 ампер, напряжением до 250 вольт и частотой 50 Гц, а в случае вторичного — мощных диодов, способных поддерживать ток в 250 ампер с напряжением около 100 вольт;
• инверторный преобразователь — силовой транзистор с пороговыми значениями силы, напряжения и мощности тока, соответственно, 32 ампера, 400 вольт и 8 киловатт;
• высокочастотный трансформатор, состоящий из обмоток медной ленты, делающих возможным повышение силы тока до 250 ампер с напряжением во вторичной обмотке трансформатора не выше 40 вольт.

Тепловая и силовая защита силового блока осуществляется термовыключателями и специальными платами, построенными на основе логических микросхем типа 561ЛА7 или её аналогов (CD4011 или К176ЛА7, например). Конденсаторы и резисторы входят в состав фильтров высокой частоты, защищающих преобразователи и выпрямители тока. Для охлаждения всех частей инвертора используются вентиляторы малого диаметра (до 60 мм) и радиаторы, отводящие тепло от самых горячих радиоэлектронных элементов плат.

Управляющий блок, как правило, собирают на основе либо задающего генератора, либо широкоимпульсного модулятора. В его состав входят и резонансные дроссели и конденсаторы.

Типовые неисправности инверторов

Ремонт сварочного инвертора своими руками следует начинать с установления причин выхода аппарата из строя. Таких причин может быть две: неправильно выбранный режим работы аппарата (например, когда его мощности не хватает для разрезания металла большой толщины) или неисправности в силовой и электронной части.

Признаки неправильной работы аппарата помогают понять к какой причине относится неисправность. Так, если в процессе сварки в горении дуги наблюдается неустойчивость или разбрызгивается металл, следует проверить правильность выставленной величины силы тока. Её для каждого электрода нужно подбирать в зависимости от его длины, толщины и типа. От силы тока также зависит и скорость сварки.

Если сварочный электрод прилипает к поверхности детали, но при этом величина силы тока установлена в соответствии с его характеристиками, следует проверить длину и толщину провода используемого удлинителя, так как для сварки должны использоваться электрические кабеля небольшой длины, не больше 40 метров, и сечением более 4 квадратных миллиметров. Ещё несколькими причинами этого могут быть упавшее напряжение в сети, плохо подготовленная поверхность сварки, окисление ключевых элементов схемы питания инвертора и плохой контакт блоков инвертора в панельных гнёздах.

Если аппарат отключается при продолжительном выполнении сварки деталей, ему, скорее всего, нужно дать остыть, так как срабатывает защита от перегрева. Получаса достаточно для продолжения работ.

Невозможность включить аппарат может говорить о многих проблемах. В первую очередь следует проверить стабильность напряжения в сети, так как если оно опускается ниже 190 вольт, инвертор работать не будет.

Для чего предназначено оборудование

Основное назначение аппарата — формировать постоянный сварочный ток, который получают путем преобразования высокочастотного переменного. Использование именно такого преобразованного переменного тока обусловлено тем, что сила такого тока может эффективно увеличиваться до нужных величин посредством небольшого трансформатора. Именно такой принцип работы дает возможность сохранить небольшие размеры устройств одновременно с высокой производительностью.

Схема сварочного инвертора, от которой зависят технические характеристики, составлена из следующих компонентов:

• первичного выпрямительного блока, его основание — диодный мост, выпрямляющий переменный ток с электрических сетей;
• инверторного блока, элемент которой транзисторная сборка;
• высокочастотного понижающего трансформатора, на котором при понижении входящего напряжения существенно возрастает сила выходящего тока;
• выходного выпрямителя, собранного на базе силовых диодов (данный блок отвечает за выпрямление переменного тока, без чего не обойтись при сварочных работах).

Техобслуживание и ремонт инверторов

Ремонт сварочных аппаратов, принадлежащих к инверторным, имеет ряд особенностей, связанных с особенностями их конструкции. У подобных аппаратов главная особенность следующая: все они электронные, что требует от сотрудников сервисных служб хотя бы минимальных радиотехнических знаний и навыков работы с измерительными приборами (вольтметр, цифровой мультиметр, осциллограф и т. п. ).

При техническом обслуживании и ремонте в первую очередь проверяются все элементы схемы сварочного инвертора. Речь идет о транзисторах, резисторах, диодах, стабилитронах, трансформаторных и дроссельных устройствах, ведь иногда очень сложно или практически невозможно с точностью определить, что именно вышло из строя.

Если возникают такие ситуации, то стоит в четкой последовательности проверять каждую деталь. Чтобы успешно решить задачу, нужно воспользоваться измерительными приборами, а также уметь читать электронные схемы. Когда вы не являетесь обладателем даже минимальных знаний и умений, то ремонт сварочного полуавтомата своими руками может привести к более серьезным поломкам.

Что может привести к поломке

Существует два основных типа ситуаций, из-за которых агрегаты могут преждевременно выходить из строя:

• неправильный выбор режима сварочных работ;
• полный выход из строя отдельных деталей или их некорректная работа.

После оценки собственных сил, знаний и опыта, решив взяться за самостоятельный ремонт сварочных аппаратов инверторного вида, стоит не только просмотреть обучающие видео, но и внимательно прочитать руководство пользователя, ведь именно из него можно узнать наиболее подробную информацию о модели, правильном выборе рабочего режима, характерных неисправностях и способах их устранения.

Диагностику выполняют, постепенно переходя от простых операций к более сложным. После выполнения всех рекомендаций может случиться так, что агрегат по-прежнему не будет работать. Тогда можно предположить, что неполадки возникли из-за проблем с электросхемой инверторного модуля. В большинстве случаев причины следующие:

• В устройство попала влага. Зачастую это случается при сварке во время осадков.
• Если под корпусом скопится слишком большое количество пыли, то нарушится работа системы охлаждения. В зоне самого большого риска оборудование на строительных площадках, его придется постоянно очищать.
• Пренебрежение рекомендуемыми нагрузками, что приводит к перегревам оборудования. Необходимо придерживаться советов производителя, которые находятся в инструкции.

Рекомендации по самостоятельному ремонту

Электрическая схема сварочного аппарата.

Выполняя ремонт сварочных аппаратов инверторного типа следует придерживаться определенного алгоритма:

1. При возникновении неисправности, нужно немедленно отключить электрический прибор от сети, дать ему остыть и лишь после этого следует открывать металлических кожух.
2. Диагностику необходимо начинать с визуального осмотра электротехнических компонентов инвертора. Нередки случаи, когда ремонт инверторного сварочного аппарата заключается в простейшей замене поврежденных деталей или пропайке токопроводящих контактов. Визуально увеличившиеся конденсаторы или треснувшие транзисторы нужно заменять в первую очередь.
3. Если при визуальном осмотре не удалось определить причину неисправности сварочного аппарата, необходимо перейти к проверке параметров деталей при помощи мультиметра, вольтметра и осциллографа. Наиболее частые поломки силовых блоков связаны с нарушением работы транзисторов.
4. После замены электротехнических элементов стоит перейти к проверке печатных проводников, расположенных на плате инвертора.При обнаружении оторванных или поврежденных дорожек на печатной плате сварочного инструмента нужно немедленно устранить дефект путем запаивания перемычек или восстановления дорожек при помощи медной проволоки необходимого сечения.
5. По завершению работы с дорожками имеет смысл перейти к обслуживанию разъемов. Если инверторный прибор переставал работать постепенно, то возможно имеет место быть плохой контакт в соединительных разъемах. В таком случае достаточно промерять все контакты при помощи мультиметра и зачистить разъемы обыкновенным бытовым ластиком.
6. Несмотря на то, что неисправности сварочного инвертора редко бывают связаны с диодными мостами, будет не лишним проверить и их работоспособность. Проводить диагностику данного электротехнического элемента лучше в выпаянном виде. Если все ножки моста прозваниваются накоротко, то следует выполнить поиск неисправного диода и произвести его замену.
7. Последним этапом в ремонте инвертора служит проверка платы и пультов управления. Диагностика всех компонентов платы должна производиться при помощи высокоразрешающего осциллографа.

Если диагностика проведена, но обнаружить что сломалось в сварочном аппарате не удалось, следует прекратить самостоятельный ремонт и обратиться в специализированные мастерские.

При выполнении самостоятельных ремонтных работ следует не забывать о правилах безопасности:

• нельзя использовать электрические приборы без защитного верхнего кожуха;
• проведение всех диагностических и ремонтных работ следует осуществлять на полностью обесточенном оборудовании;
• удаление скопившейся пыли и грязи безопаснее всего проводить при помощи воздушного потока, формируемого компрессором или баллоном с сжатым газом;
• очистку печатных плат необходимо производить с использованием нейтральных растворителей, нанесенных на специальную кисточку;
• длительное хранение электрических приборов нужно производить в сухих помещениях в полностью выключенном состоянии.

Большинство инверторных электроприборов поставляется в комплекте с сопроводительной документацией. В этих бумагах можно отыскать описание наиболее типичных неисправностей и методов ремонта. Поэтому, при возникновении неисправностей следует внимательно изучить документацию и лишь потом приступать к ремонтным работам.

Самостоятельный ремонт может производится в домашних условиях. Основные неисправности инверторов связаны с выбором неправильного режима работы или выходом из строя радиоэлементов.

Некоторые неисправности сварочного полуавтомата можно определить визуально. Существует всего несколько причин из-за которых не включается сварочный инвертор. Большинство причин поломки работающего инвертора связаны с сгоревшими конденсаторами или пробитыми сварочными транзисторами.

Особенности самостоятельного ремонта инвертора

Обычно в инвертор среднего класса входит, помимо корпуса с установленным вентилятором, несколько блоков, ремонт каждого из которых имеет свои особенности.

Восстановление блока входного выпрямителя, модуля ключей

Схема блока входного выпрямителя.

Входной выпрямитель – диодный мост, обладающий высокой мощностью и смонтированный на теплоотводящем алюминиевом радиаторе. Блок-схема достаточно надежна, но проверить смысл есть. Для этого отпаяйте провода от моста, чтобы не вводить себя в заблуждение при обрыве или КЗ, и прозвоните блок, как это делают с отдельными диодами.

Модуль ключей – 4 группы, в каждой из которых 4 транзистора. Каждая группа установлена через изоляционную прокладку на радиатор. Также модуль включает в себя электролитические конденсаторы (обычно 6 штук), входящие в сглаживающий фильтр. Из строя обычно выходят транзисторы: неисправный элемент можно отличить по поврежденному корпусу либо «подгоревшим» выводам. Если внешних признаков не видно, то понадобится тестер. При этом каждый проверяемый транзистор придется выпаивать. Для проверки нужно измерить сопротивление промеж истока, стока. Выводы определить несложно. Если деталь повернуть выводами вниз, а маркировкой к себе, то (смотреть нужно слева направо) последовательность будет такая: затвор, сток, исток. Подключив тестер, убедитесь, что сопротивление высокое (бесконечность на шкале) в одну сторону, и в то же время низкое – в противоположную.

На втором этапе проверки транзисторов необходимо проверить, как они открываются и закрываются. Для этого щуп тестера с минусом подсоедините к истоку, щуп с плюсом – к стоку: на приборе должно быть высокое сопротивление. Затем, оставляя минусовый щуп на месте, плюсовым на пару секунд коснитесь затвора, затем снова присоедините «+» к стоку. В этот момент сопротивление должно резко упасть почти до 0. Это значит, что транзистор открыт. Далее замкните отверткой или пинцетом выводы стока, истока, опять измерьте сопротивление: оно снова должно вырасти до бесконечности (транзистор закрылся).

Проверка платы управления

Наиболее сложный блок в аппарате. Тестирование можно провести без демонтажа (выпаивания) отдельных компонентов. Отключите питание: от входного моста отпаяйте толстый провод (на нем 220В!), идущий от блока управления. В целях безопасности обмотайте оголенный конец провода изолентой. Подключите питание и прислушайтесь: помимо вращения вентилятора, через пару-другую секунд должен последовать негромкий щелчок, свидетельствующий о включении реле. Если щелчка нет, то проверьте поступающее (+15В) питание, которое идет от платы управления: 2 провода – 220В, два других выдают нужные 15В.

Проверка схемы мягкого включения, регулировок

Схема несложна: принцип работы основан на срабатывании электромагнитного реле после открывания транзисторов. Сначала нужно проверить транзисторы по технологии, описанной выше, и конденсаторы с помощью тестера. Далее можно переходить к проверке сигналов, которые управляют ключами. Для этого нужен осциллограф, в котором необходимо поставить развертку на 5 мкс/дел, при аттенюаторе 2 или 5 в/дел. Общий (минусовый) провод прибора соедините с общей токовой дорожкой платы. Далее нужно проверить наличие сигналов на 2-х микросхемах (контакты 1, 7). Если импульсов нет, то проверьте подаваемое на микросхему питание (+15В). Если все в норме, а импульсов нет по-прежнему, то ремонт будет заключаться в замене микросхемы.

Регулировочная схема собрана на микросхеме, где датчик тока, там катушка, присоединенная к выводам 1 и 7 микросхемы. Для проверки работоспособности схемы отпаяйте один конец катушки и подайте на микросхему переменное напряжение (в районе 3В), например, от адаптера для зарядки мобильных телефонов. Присоедините к выводам 1 и 7 осциллограф и взгляните на его экран: должны появиться импульсы прямоугольной формы (частота 50 Гц), при этом трансформаторы будут издавать негромкие звуки (что-то вроде щелканья кузнечиков). Если это так, значит, схема работает.

Принципиальные и электрические схемы

Принципиальная схема сварочного инвертора основывается на блоке высокочастотных транзисторов, работающих на частоте 55-75 кГц. Чтобы эти ключевые элементы работали, нужно скоммутировать на них входной ток, а он поступает с диодного моста высокой мощности. Входное напряжение выпрямляется им, а также выравнивается фильтрующими конденсаторами таким образом, что на выходе первого этапа мы получаем мощный постоянный ток напряжением свыше 220В.

Эта электрическая схема сварочного инвертора работает как источник питания для транзисторного блока ИИСТ. Транзисторы работают на повышенной частоте в 60-80кГц, соответственно, понижающий трансформатор тоже будет работать на этой частоте. Соответственно, данный факт позволяет серьёзно уменьшить размеры трансформатора и всего сварочного инвертора. Как результат — сварочный аппарат становится намного меньше его классического собрата, но при этом сохраняет такую же мощность.

Итак, если рассмотреть принцип работы сварочного аппарата инверторного типа, то порядок действий, выполняемых устройством, будет следующий:

Переменный ток 220В, получаемый из электросети выпрямляется диодным мостом

В качестве предосторожности, чтобы помехи от работы высокочастотных конденсаторов не попадали в сеть, перед мостом устанавливается помеховый фильтр, препятствующий этому.
После этого ток выравнивается конденсаторами и поступает на транзисторный блок. Надо отметить, что на конденсаторах напряжение тока будет примерно в 1,5 раза выше, чем на выходе диодного моста.
Постоянный ток направляется транзисторами через первичную обмотку понижающего трансформатора с частотой, кратно превышающей исходную

По факту, мы получаем высокочастотный переменный ток.
Далее этот ток поступает в понижающий высокочастотный трансформатор, отличающийся большим сечением вторичной обмотки или же использованием других типов обмоточного материала.
Трансформатор понижает ток до напряжения 50-70В. В это же время сила тока кратно вырастает и может превысить 130А. В кустарных сборках могут использоваться трансформаторы со вторичной обмоткой из медной жести толщиной 0.3 и шириной 40 мм. Такой подход обусловлен тем, что высокочастотные токи вытесняются на поверхность проводника и сердцевину толстого проводника не задействуют, что вызывает нагрев проводника.

После этого выпрямление полученного тока выходными диодами. Нюанс работы выходного диода в том, что ему приходится работать с высокочастотным током, а с этим справится не каждый диод. В данной ситуации необходимо использовать быстродействующие диоды со временем восстановления менее 50 наносекунд, поскольку обычные диоды просто не будут успевать срабатывать, учитывая частоту поступающего тока.

В итоге на выходе мы получаем необходимый для сварки постоянный ток низкого напряжения, но крайне высокой силы тока.

Такова принципиальная схема работы источника инверторного сварочного тока. В каждой конкретной модели присутствуют различия, заложенные производителем, дополнительные схемы, увеличивающие надёжность и безопасность устройства, например, блок термоконтроля, который защищает основные элементы агрегата от перегрева, а также управляет системой охлаждения. Но, несмотря на различия в деталях, все инверторные сварочные аппараты работают по приведённому выше принципу.

Как работает инвертор

Ниже приведена схема, которая наглядно показывает принцип работы сварочного инвертора.

Итак, принцип действия данного модуля сварочного аппарата заключается в следующем. На первичный выпрямитель инвертора поступает напряжение из бытовой электрической сети или от генераторов, бензиновых или дизельных. Входящий ток является переменным, но, проходя через диодный блок, становится постоянным. Выпрямленный ток поступает на инвертор, где проходит обратное преобразование в переменный, но уже с измененными характеристиками по частоте, то есть становится высокочастотным. Далее, высокочастотное напряжение понижается трансформатором до 60-70 В с одновременным повышением силы тока. На следующем этапе ток снова попадает в выпрямитель, где преобразуется в постоянный, после чего подается на выходные клеммы агрегата. Все преобразования тока контролируются микропроцессорным блоком управления.