Сварочный инвертор мощность: Ответы на вопросы

Главные характеристики сварочных инверторов

Тема источника питания для сварочного оборудования незаслуженно упускается из виду. Между тем, это одно из ключевых условий, определяющих возможности аппарата и, соответственно, его выбор.

 
Рабочий диапазон входного напряжения
Отечественный стандарт однофазного напряжения с 2002 года составляет 230 вольт при частоте 50 герц. По привычке с советских времен мы говорим «220 вольт». Именно таков был стандарт в СССР. С точки зрения того же ГОСТ, допускающего долговременное (читай – постоянное) отклонение уровня напряжения в 5%, 220 вольт – в пределах нормы.
 
Частота питающего сигнала для сварочного инвертора значения не имеет. 50 или 60 Гц – все равно на входе аппарата переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное. А вот уровень напряжения значение имеет, причем очень серьезное.
 
Во-первых, любой сварочный инвертор имеет диапазон напряжения питания, в пределах которого он работает.

При выходе уровня напряжения питания за эти границы аппарат перестает функционировать.
 
Рабочий диапазон напряжения питания определяется конструктивными особенностями самого аппарата. Например, аппарат серии «Хозяин» Best Rus может функционировать в диапазоне напряжения питания от 185 до 265В. Если напряжение ниже 185В или выше 265В, он сообщит об ошибке и не будет выдавать никакого сварочного тока. Аппарат серии Best Mini сможет функционировать при пониженном напряжении вплоть до 140 вольт и повышенном до тех же 265В. Если напряжение выйдет за указанные рамки в процессе работы, аппарат остановит процесс сварки.
 
Характерно, что напряжение в ограниченных по мощности источниках может существенно проседать с поджигом дуги. Померили напряжение в розетке – 230В. Подключили аппарат, стали варить – «не тянет». Отключили, опять замерили напряжение – 230В. Включили, стали варить – опять не тянет. А оказывается, сварочный аппарат для местного участка цепи – явная перегрузка. Типичное следствие перегрузки – снижение уровня напряжения. Поэтому полезной функцией является вольтметр входящего напряжения.
 
А вот трансформаторные аппараты ММА такого недостатка как ограниченный диапазон рабочего входного напряжения не имеют: у них нет нижней границы рабочего диапазона напряжения питания. Каким бы низким ни было напряжение питания, трансформаторный аппарат ММА будет выдавать сварочный ток. Правда, возможно, он будет бесполезно малым. Но об этом подробнее несколько позже.
 
 
Блок PFC
Для снижения нижней границы рабочего диапазона существует 2 принципиальных конструкционных решения:

1. Комбинирование характеристик штатных узлов аппарата. Например, изменение соотношения числа витков в первичной и вторичной обмотках трансформатора.
2. Добавление дополнительных узлов, обеспечивающих изменение электрических параметров.

 
Ко второй категории относится добавление т. н. блока PFC – блока корректировки коэффициента мощности (Power Factor Correction). Это дополнительный электронный узел, обеспечивающий повышение эффективности использования поступающей энергии.
 
В числовом исчислении возможности блока PFC в части повышения эффективности используемой энергии небезграничны – в пределах 15%. Но применение данного блока также позволяет снизить нижнюю границу рабочего диапазона напряжения до 90В и даже ниже. В то время как добиться границы ниже 140 вольт при сохранении всех основных параметров просто варьированием характеристик штатных узлов затруднительно.
 
Остается добавить, что сам по себе блок PFC – решение весьма затратное. Поэтому его реализуют только на мощных и сравнительно дорогих аппаратах.

 
 
Расчет потребляемой мощности аппарата ММА
И вот самый интересный и практичный момент статьи: какую же мощность потребляет сварочный аппарат ММА?
 
Мощность на выходе, т. е. на сварочных проводах, у любого аппарата ММА, если только он выдает заявленные характеристики, т.е. обеспечивает для сварочного тока требуемое по ГОСТ напряжение дуги, одинакова:
 
Рвых = Iсвар*(20 + 0,04*Iсвар)
 
Где Iсвар – сила используемого сварочного тока, а (20+0,04*Iсвар) — требуемое по стандарту напряжение сварочной дуги.
 
Но в процессе прохождения электротока по компонентам аппарата часть энергии преобразуется в тепло (нагрев компонентов) и улетучивается с воздухом, нагнетаемым вентиляторами охлаждения. КПД (Коэффициент Полезного Действия) отражает процент эффективно преобразованной энергии.  В зависимости от режима эксплуатации и условий окружающей среды его значение будет варьироваться. Но усреднено можно взять 85%, или 0,85.
 
Однако и это еще не все. Сварочный инверторный аппарат также имеет реактивную нагрузку. Т.е. из полученной от источника энергии часть возвращается в сеть не преобразованной. Долю преобразованной энергии от общей потребленной указывает показатель коэффициента мощности. В отечественной классификации он же называется «косинус фи». В разных инверторах он может существенно разниться. А в пределах одного и того же аппарата он будет не одинаков для различных токов. Усреднено можно взять тоже 0,85. (В России запрещена эксплуатация электрических приборов, подключаемых к бытовым сетям, если их «косинус фи» ниже 0,7).
 
И вот теперь можно записать формулу полной мощности, потребляемой аппаратом ММА от сети 230В:    
 
Рпотр = Iсвар*(20 + 0,04*Iсвар)/0,85/0,85
 
У аппаратов, оборудованных блоком PFC, коэффициент мощности выше – 0,95-0,98. Поэтому формула для них будет выглядеть так:  
 
Рпотр = Iсвар*(20 + 0,04*Iсвар)/0,85/0,98
 
Обратите внимание, что полная мощность указывается в Вольт-Амперах, а не Ваттах!
 
Простые расчеты по приведенной формуле показывают, что аппарат без блока PFC на сварочном токе 160А будет потреблять около 5,9кВА (ток 25А при напряжении 230В), а при токе 200А – 7,6кВА (ток 34А при напряжении 230В).
 
У таких же аппаратов с блоком PFC эти цифры составят 5,1кВА (22А при 230В) и 6,7кВА (29А при 230В), соответственно.
 
А теперь вопрос: на какой максимальный ток рассчитана обычная бытовая розетка? Напомню: 16А (3,68кВА) . При более высоком токе выбивает пробки.
 
Если у Вас есть ребенок-старшеклассник или Вы сами обожаете решать квадратные уравнения, попрактикуйтесь. Для остальных сообщу, что 3,68кВА обычной розетки позволят варить током не более 105А. (При наличии блока PFC – чуть больше 120А). Так что какой бы ни был у Вас номинал сварочного аппарата ММА, от розетки варить электродом толще 3,2 мм не получится.
 
На практике при разрыве сварочной дуги потребляемая мощность несколько повышается. Причем процент увеличения потребляемой при разрыве дуги мощности может существенно разниться. Однако в наше время, когда ценовая конкуренция не позволяет раскошеливаться на компоненты «с запасом», эта цифра чаще всего существенно ниже 20%, а по времени занимает долю секунды. Потому в расчетах обычно не учитывается.
 
При использовании трехфазных аппаратов, подключаемых к источнику 380В (400В), расчет потребляемой мощности производится аналогичным путем, но результат нужно разделить на «корень из 3», что составляет приблизительно 1,73.
 
 
Работа от пониженного напряжения
Работа от пониженного напряжения имеет свою специфику. Она заключается в том, что при пониженном уровне напряжения аппарат выдает меньший сварочный ток, чем заявлено для нормального напряжения. Чем ниже напряжения питания, тем ниже максимальный сварочный ток. Ведь с понижением уровня напряжения снижается уровень отбираемой аппаратом мощности.  При этом дисплей будет показывать расчетное значение, а не фактическое. К сожалению, лишь единицы производителей указывают реальный максимальный ток для различных уровней напряжения питания.
 
Например, аппарат Best Mini 160 при напряжении 220 вольт обеспечивает сварочный ток 160А при напряжении дуги 26,4В. Этого с лихвой хватает, чтобы варить электродом 4,0 мм. При 140В входного напряжения Best Mini 160 работать будет, но током не выше 100А при 24В напряжения дуги. Этого хватит, чтобы варить электродом 3,2 мм, но не 4,0 мм.
 
Таблица изменения рабочего диапазона сварочного тока Best Mini 160 в зависимости от уровня входного напряжения выглядит следующим образом:

Уровень вход. напряжения	Диапазон рабочего тока	Диаметр электрода
220В	10-160А	1,6-4,0мм
200В	10-160А	1,6-4,0мм
180В	10-160А	1,6-4,0мм
160В	10-120А	1,6-3,2мм
140В	10-100А	1,6-3,2мм

 
Хотя при 140В напряжения питания на дисплее Best Mini 160 и будет красоваться 160А, реально будет выдаваться только 100. То же и у любого другого аппарата ММА. Если бы сварочный ток действительно замерялся, цифры на дисплее непрерывно скакали бы.

 
Получается, что брать аппарат с «запасом» по току имеет смысл, когда известны:

• точный уровень пониженного напряжения питания;
• каков диапазон рабочего тока у аппарата при таком уровне напряжения.

 
Пониженный уровень напряжения питания сказывается не только на количественном показателе  сварочного тока, снижая верхнюю границу его диапазона, но и на качестве тока. Аппараты, которые при нормальном напряжении легко варят электродами УОНИ, с понижением уровня напряжения питания утрачивают эту способность.
 
С понижением уровня напряжения также снижается уровень напряжения холостого хода (оно же напряжение без нагрузки). Поджиг электродов усложняется пропорционально снижению уровня напряжения.
 
 
Работа от генератора
В заключение буквально пару замечаний о работе сварочных инверторов ММА от генератора:

1. Никогда не подключайте сварочный инвертор к инверторному генератору. Даже если инверторный генератор имеет достаточную мощность. Оба прибора используют конденсаторные блоки. Чтобы исключить повреждение инверторного генератора, нужно знать характеристики конденсаторных блоков обоих приборов и уметь их сравнивать.
2. Подключать инверторный сварочный аппарат ММА к обычному генератору можно, если рабочая (она же номинальная) мощность генератора превышает расчетную мощность потребления аппарата на данном сварочном токе. А в случае сварочного тока свыше 105А при наличии на генераторе силовой розетки или силовых выводов-клемм.

 
 
Ю.Шкляревский, ООО «БэстВелд»

Сварочный инвертор и силовая сеть

При выборе сварочного инвертора возникает вопрос, на какой максимальный сварочный ток его следует выбирать. Неопытный сварщик часто хочет получить инвертор с максимально возможным током в 200-250А, но при этом не учитывает особенностей эксплуатации таких приборов.

Выбор инвертора конечно в основном определяется областью его применения, но важным также является вопрос, где и к какой силовой сети будет подключен инвертор.

Рассмотрим подробнее режим ручной сварки ММА с питанием инвертора от стандартной однофазной сети 220 вольт. Бытовая сеть 220 вольт рассчитана на ток нагрузки до 16 ампер. На этот максимальный ток рассчитаны подводящие провода, вилки, розетки и автоматы защиты сети.

Если мы планируем подключить инвертор к такой сети, то максимальную мощность, которую инвертор от нее получит, будет Pmax= 220V * 16A = 3520 ватт. Учитывая КПД инвертора (в среднем 85%) можно посчитать мощность, которую инвертор отдаст в сварочную дугу Pдуги= 3520 ватт * 0,85 = 2992 ватт.

Для устойчивого горения дуги напряжение на ней инвертор поддерживает около 30 вольт. Отсюда и получается, что максимальный ток в дуге будет не более Imax = 2992W / 30 V = 99,7 ампер.

При таком токе сваривать можно электродами диаметром не более 3 мм. Если же мы хотим получить больший сварочный ток и работать с электродами диаметром 4 и 5 мм. то стандартная бытовая сеть может не выдержать такой нагрузки.

Посмотрим, каким требованиям должна отвечать сеть, чтобы обеспечить ток в дуге 160 ампер, необходимый для 4 мм. электрода.

Мощность в дуге для тока 160 ампер составит Pдуги= 30V * 160A = 4800 ватт. От сети, с учетом КПД, инвертор должен получить Pmax= 4800W / 0,85 = 5647 ватт. При этом он будет потреблять Imax= 5647W / 220V = 25,67 ампер.

При таких нагрузках вся проводка в сети должна быть выполнена проводом не менее 4 кв.мм, сетевые розетки и вилки должны быть рассчитаны на ток не менее 25 ампер, автомат защиты сети на ток 32 ампера.

Для обеспечения безотказной работы инвертора сварщик должен убедиться, что во всех точках, где планируется подключить инвертор и работать с током до 160 ампер, выполняются эти требования к сети.

При необходимости работать со сварочными токами более 160 ампер и электродами диаметром более 4 мм. необходимо выбирать сварочные инверторы с питанием от 3-х фазной сети, которая допускает значительно большие нагрузки.

Так для сварочного тока 200 ампер мощность, потребляемая инвертором, составит 7059 ватт, а линейный ток в трехфазной сети 220/380 вольт составит всего 10,7 ампер. Однако при этом придется прокладывать 3-х фазную сеть на все рабочие места, где планируется выполнять сварочные работы.

Выбор инвертора и максимального тока сварки должен быть согласован с типом сварки. Неоправданно высокие требования к величине тока сварки и желание обеспечить большой запас по току приводят только к лишним затратам.

Стоимость мощного инвертора большая, он будет потреблять больше электроэнергии даже при равных токах с менее мощным. Для мощного инвертора может потребоваться заново проложить силовую сеть.

Мощный инвертор более тяжел при переноске, а также дорог в ремонте и обслуживании.

Часто возникает необходимость убедиться в работоспособности нового инвертора, или инвертора полученного из ремонта. Лучше всего это сделать, моделируя режим сварки подключением к инвертору балластной нагрузки. Для этой цели хорошо подходит сварочный балластный реостат, например РБ-302. Подключив реостат к инвертору устанавливаем значения сварочного тока на инверторе и реостате равными. Замеряем напряжение на клеммах реостата вольтметром. Вольтметр должен показывать напряжение 28-30 вольт во всем диапазоне сварочных токов инвертора. Если на максимальных токах напряжение недостаточно или появляется подозрительный звук высокого тона, то значит, инвертор не обеспечивает ожидаемых величин сварочного тока.

При проведении таких испытаний для подключения к силовой сети должен использоваться штатный сетевой кабель инвертора, без каких либо сетевых удлинителей. При больших токах на удлинителе может падать значительное напряжение и испытания дадут неверный результат.

ВНИМАНИЕ! Статья охраняется авторским правом. Копирование, размножение, распространение, перепечатка (целиком или частично), или иное использование материала без письменного разрешения автора не допускается. Любое нарушение прав автора будет преследоваться на основе российского и международного законодательства. Установка гиперссылок на статью не рассматривается как нарушение авторских прав.   © ZetMaster, 29-10-2010 info@z-master. ru www.z-master.ru  

Источник питания инвертора

Инверторные сварочные аппараты имеют множество преимуществ перед традиционными трансформаторами-выпрямителями. Инверторы более портативны и имеют меньший вес, что облегчает их перемещение по рабочей площадке. Кроме того, инверторы обеспечивают возможность высококачественной многопроцессорной сварки, так что одна машина может выполнять сварку Stick, MIG, TIG, FCAW, дуговую строжку и даже импульсную сварку. И что еще более важно, в инверторах используется технология управления формой волны Lincoln™, обеспечивающая больший контроль над параметрами дуги и автоматическую точную настройку дуги для создания наилучшего возможного сварного шва, контролируя такие проблемы, как прожоги.

Но знаете ли вы, что использование инвертора также может сэкономить вам деньги на затратах на электроэнергию по сравнению с традиционным источником питания? Каждый год в США потребляется электроэнергия на сумму около 15 миллионов долларов, а во всем мире на сварку — 99 миллионов долларов. Чтобы повысить эффективность и сократить расходы вашей компании на электроэнергию, связанную со сваркой, привлекательным вариантом является инвертор. Фактически, благодаря своей эффективности эти машины могут обеспечить существенную экономию затрат на коммунальные услуги.

Но как переход на инвертор может снизить потребление энергии? В конструкции инверторных сварочных аппаратов, таких как Invertec® V350 Pro от Lincoln, сердечники трансформаторов, обмотки трансформаторов и переключающие компоненты силовой электроники тщательно выбираются для минимизации рабочих потерь. Вот еще несколько причин, по которым инверторы экономят затраты на электроэнергию:

• Повышение эффективности трансформатора достигается за счет использования ферритовых сердечников в силовом трансформаторе инвертора. Это снижает потери тока, что приводит к снижению токов холостого хода в проводниках питания 9.0012
• Катушки инверторного трансформатора физически меньше обычных трансформаторов. Катушка меньшего размера означает меньшее количество намотки проволоки вокруг сердечника — меньшее количество проволоки
  означает меньшие потери и большую эффективность
  
• Силовые электронные компоненты инвертора были тщательно разработаны для снижения потерь и увеличения срока службы
  
• Во многих инверторах, таких как Invertec V350 Pro от Lincoln, используется медный проводник. Медь имеет более высокую тепло- и электропроводность по сравнению с алюминием,
  , который минимизирует потери и максимизирует эффективность
  
• Инверторы, работающие на более высоких частотах, чем обычные сварочные аппараты, требуют меньшей выходной индуктивности для плавной работы. Энергия, необходимая для сварки стержнем или для сварки шаровыми электродами, накапливается в конденсаторах, позволяющих использовать дроссели меньшего размера
  
• Компактная конструкция и относительно небольшие физические размеры инверторного сварочного аппарата означают более короткие провода и кабели (или даже прямые соединения) между силовыми 9Компоненты 0012. Более короткие пути тока обеспечивают более низкое сопротивление и лучшую эффективность
  
• Поскольку инвертор по своей природе имеет низкие потери, требуются меньшие охлаждающие вентиляторы. Это означает, что для перемещения охлаждающего воздуха требуется меньше энергии и, опять же, большая эффективность
  
• Меньший размер компонентов внутри инверторной машины приводит к меньшему рассеиванию тепла и, опять же, большей эффективности

Как рассчитать, насколько инвертор может сэкономить ваши деньги по сравнению с традиционным трансформатором-выпрямителем, и какой инвертор лучше всего обеспечивает энергоэффективность? Используйте рабочий лист ниже, чтобы сделать эту оценку.

Шаг № 1. Рассчитайте выходную мощность
Сначала посмотрите на свою машину, чтобы определить выходное напряжение (Vout), которое на вашей машине выражается в вольтах. В нашем примере это 32В. Затем умножьте это на выходной ток (Iout), указанный на вашей машине в амперах. В этом случае ампер задается равным 300.

Vout x Iout = выходная мощность (Wout) в ваттах
32v x 300 amps = 9600 ватт ИЛИ 9,6 кВт (1000 Вт = 1 кВт)

Шаг #2 — Рассчитать входную мощность
Теперь возьмите указанную выше выходную мощность (KWout) и разделите на эффективность (Eff). Эффективность указана производителем машины. Рассчитав это, вы получите входную мощность в киловаттах.

KWout ÷ Eff = Входная мощность в киловаттах (KWin)
9,6 кВт ÷ 88,2% (или 0,882) = 10,88 кВт

киловатт-часов, использованных за один день (кВтч2/день), путем умножения входной мощности, рассчитанной на шаге 2 (кВт), на количество часов в день, в течение которых машина работает (в нашем примере мы предположим, что сварка выполняется четыре часа в день. )

KWin x #Hrs/Day = киловатт-часы, использованные за один день (KWh2/day)
10,88 кВт x 4 часа. = 43,52 кВтч/день

B) Теперь возьмите рассчитанную потребляемую мощность (кВт), умножьте ее на количество часов в день, в течение которых машина работает, умножьте на цену за кВт-час мощности. Примечание. Цена на электроэнергию рассчитана на уровне 0,12578 доллара США, что является средним показателем по отрасли.

KWin x #Hrs/Day x Цена за кВтч ($/KWh) = ежедневные эксплуатационные расходы Сварка
10,88 x 4 x 0,12578 $ = 5,47 $

Шаг № 4 — Рассчитайте эксплуатационные расходы во время простоя
A) Теперь вы рассчитаете дневное потребление в режиме простоя (кВтч3). Для этого нужно умножить входную мощность (KWIdle) на количество часов простоя в день. (Мы предполагаем, что при восьмичасовом рабочем дне, если сварка выполняется четыре часа, то и простоев будет четыре часа.)

KWIdle x Idle Hrs. = Потребление в режиме простоя в день (кВтч3)
0,4 кВт x 4 часа. = 1,6 кВт·ч

B) Теперь возьмите входную мощность в режиме ожидания (KWIdle), которая указана на силовом трансформаторе в ваттах – в данном случае 400 Вт (или 0,4 кВт) – умножьте на часы простоя x цену за киловатт-час. власти.

KWidle x IdleHrs x Цена за кВт-час = ежедневные эксплуатационные расходы Простой
0,4 кВт x 4 часа. x 0,12578 $ = 0,20 $

Этап № 5 – Рассчитайте общие эксплуатационные расходы
Теперь возьмите ежедневные эксплуатационные расходы на сварку, рассчитанные на этапе № 3, и добавьте ежедневные эксплуатационные расходы на холостой ход из шага № 4 выше, что равно ежедневным эксплуатационным расходам в долларах. .

Ежедневные эксплуатационные расходы + Ежедневные эксплуатационные расходы Простой = Ежедневные эксплуатационные расходы (всего $/день)
5,47 $ + 0,20 $ = 5,67 $

Сравнивая этот номер с традиционным трансформатором-выпрямителем или другим конкурирующим инвертором, вы можете легко определить, какая машина обеспечит экономию средств.

Инвертор по прейскуранту 3200 долларов США и КПД 87 процентов по сравнению с традиционным трансформаторным выпрямителем, который имеет прейскурантную цену 2800 долларов США и КПД 67 процентов, сэкономит примерно 300 долларов США на коммунальных расходах в год. Тогда окупаемость разницы в цене составит от одного до полутора лет.

Что потребовалось для разработки первого инверторного источника питания?

Что потребовалось для разработки первого инверторного источника питания?

7 июля 2017 г. Инновационные люди Инверторный источник питания, Ручная сварка, Разработка продукта, НИОКР, Технология сварки

Этот пост также доступен в: Suomi

В 2017 году исполнилось 40 лет с момента разработки инверторного источника питания. Мы сели с Tapani Mäkimaa , первого члена группы разработчиков, и обсуждали, что год за годом делает Kemppi пионером в своей области. «Все начинается с жгучего желания знать. Добавьте к этому энтузиазм к обучению и открытию новых вещей и навыков, а также хорошее рабочее сообщество, и вы получите все, что вам нужно», — говорит Мякимаа, подводя итоги своей 45-летней работы в Kemppi.

Присоединение к стремительно развивающейся отрасли сварки

Мякимаа начал свою карьеру в качестве стажера и летнего сотрудника в Kemppi в 19 лет. 70. В то время Kemppi уже была хорошо зарекомендовавшим себя поставщиком сварочного оборудования в Финляндии. Компания быстро вышла на международный уровень, и для инженера по физике полупроводников из Отаниеми (сегодня Технологический университет Аалто, ) это означало прочную основу для разработки продукта. Закончив службу в финской армии в качестве призывника, Мякимаа объединил свои силы с Мартти Канервисто , когда производительности традиционной технологии было недостаточно для потребностей ускоряющейся сварочной промышленности.

«Начали рассматривать решения, где бы вы переключались на более высокую частоту уже на уровне сетевого напряжения. Мысль была проста, но реализовать ее с помощью технологий того времени казалось невозможным. Поэтому мы задумались, какой компонент будет достаточно надежным и эффективным для нужд промышленного производства», — говорит Мякимаа.

Инверторный источник питания или преобразователь?

«Переключатель принципиально влияет на управление дугой. Даже сегодня мускулы машины выполняют работу, например, в компьютерах, телевизорах, бытовой технике и зарядных устройствах. Сначала новые переключатели тестировались небольшими сериями из нескольких десятков машин, которые при работе издавали скулящий звук. Это, естественно, не было проблемой в условиях мастерской, но для нас это не было достаточно хорошим результатом. Новый переключатель был впервые представлен в Демонстрационная машина HILARC400 на выставке Essen Welding Fair в Германии в 1977 году», — вспоминает Мякимаа.

«Многие производители компонентов сдались, но Kemppi была полна решимости продолжать».

«Название инвертор было выбрано потому, что оно короткое и легко запоминающееся. Мы нашли технику, которая работает при всех методах сварки», — продолжает Мякимаа. «Первый многофункциональный инверторный источник питания HILARC250 был запущен в Стокгольме годом позже. Разработка продукта продолжалась с оптимизацией затрат, что привело к всестороннему изучению и разработке деталей.