Если на выставке 1997 года произ-водители демонстрировали дости-жения в разработке инверторных

источников, то последняя выставка пока-зала, что почти 80% представленнойсварочной техники было построено наоснове инверторных выпрямителей. Водном из номеров нашего журнала (см.№ 6, 2003 г.) мы рассказывали о свароч-ных инверторах, однако сейчас хотелосьбы еще раз остановиться на этой теме.

Инверторные выпрямители

В отличие от обычных выпрямителей,у которых трансформатор работает начастоте сетевого напряжения 50 Гц, винверторных выпрямителях он стал ра-ботать на высоких частотах (килогерцыи десятки килогерц). Повышение часто-ты тока, протекающего через силовойтрансформатор, позволило существен-но уменьшить его массу и габариты. Ес-ли у обычных выпрямителей величина,характеризующая отношение сварочно-го тока к массе, равна 1–1,5 А/кг, то у ин-верторных выпрямителей, собранных на«скоростных» тиристорах, этот показа-тель вырос до 4–5 А/кг.

Основным принципом работы ин-верторного источника питания являет-ся многократное поэтапное преобразо-вание электрической энергии. Обра-тившись к блок-схеме инверторноговыпрямителя (рис. 1.), можно выделитьосновные этапы преобразования:● выпрямление сетевого переменногонапряжения частотой 50 Гц первичнымвыпрямителем, собранном из силовыхдиодов по мостовой схеме;● преобразование выпрямленного на-пряжения с повышенными пульсация-ми в переменное напряжение высокойчастоты;● понижение переменного напряжениявысокой частоты импульсным высоко-частотным трансформатором до значе-ния, соответствующего напряжениюсварки с формированием необходимоговида вольт-амперной характеристики;

● преобразование вторичным выпря-мителем переменного напряжения вы-сокой частоты, имеющего величинусварочного напряжения, в постоянноенапряжение со сглаживанием пульса-ций тока.

Весь процесс преобразования регу-лируется за счет обратных связей бло-ком управления, который обеспечиваетнеобходимые статические и динамичес-кие характеристики сварочного тока.

Почему же инверторные выпрямите-ли заняли лидирующее положение всварочных технологиях. Безусловно,основным достоинством сварочных ин-

верторов являются их малые размерыи масса, что делает их более удобнымии мобильными, в 10–12 раз снижаетсяматериалоемкость оборудования. Низ-кие пульсации тока (не более долейпроцента), высокая скорость регули-ровки, легкое зажигание и высокаястабильность сварочной дуги, возмож-ность получения всего спектра вольт-амперных характеристик от крутопа-дающих до жестких и возрастаю-щих — все это обусловило хорошиесварочные качества инверторных вып-рямителей. Кроме того, они имеют вы-сокий кпд (до 90%), потери электроэ-нергии у них снижаются до 10 раз, анагрузка источника (ПВ) возрастает до80–100%. Высокая мобильность позво-ляет использовать подобные источни-ки питания при выполнении монтажныхработ в стационарных и полевых усло-виях.

Экскурс в историю

Одним из первых шагов в развитиирегулируемых источников питания сталразработанный в 1905 году австрийскимпрофессором Розенбергом сварочныйгенератор поперечного поля, у которогонапряжение на дуге менялось с ростомсварочного тока. В 1907 году первый ге-нератор с регулируемым напряжениембыл выпущен заводом Lincoln Electric(США). Появление в 50-х годах селено-вых диодов позволило создавать мощ-ные выпрямители для дуговой сварки.Следующим важным этапом стало нача-

ло производства силовых кремниевыхтиристоров, которое началось в 60–70-хгодах. Их применение позволило плавноизменять величину сварочного тока неза счет магнитного потока силовоготрансформатора или генератора, а наоснове обратных связей и фазовой регу-лировки угла включения тиристоров.Одним из первых образцов были выпря-мители серии Tilark компании Kemppi(Финляндия), собранные по схеме «си-ловой трансформатор — тиристорныйвыпрямительный блок». Эта схема далавозможность получать различные вольт-амперные характеристики, снизитьпульсации тока и стала классическойдля сварочных выпрямителей.

В 1977 году Kemppi выпустила на ры-нок сварочный выпрямитель Hilark-250.Он был собран на базе «скоростных»тиристоров, которые преобразовыва-ли постоянный ток в переменный с

54 «Оборудование: рынок, предложение, цены» № 11 ноябрь 2003 г.

СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ПРОДУКЦИЯ И УСЛУГИ МЕЖОТРАСЛЕВОГО ПРИМЕНЕНИЯ№11(83) Валерий Райский

В наступившем веке бесспорным лидером в производстве сварочной техни-ки становятся инверторные источники питания. Это еще раз подтвердилапрошедшая в сентябре 2001 года в Эссене (Германия) 15-я международнаявыставка Schweissen & Schneiden («Сварка и резка»), являющаяся крупней-шим мировым смотром сварочных технологий и оборудования.

Малогабаритные сварочные инверторы для монтажных работ

Рис. 1. Блок-схема инверторного выпрямителя

частотой 2–3 кГц. Выпуск серии вып-рямителей Hilark и стал началом три-умфального шествия инверторных ис-точников питания для дуговой сварки.Использование инверторных перек-лючателей позволило быстро перес-траивать источник питания, получатьразличные вольт-амперные характе-ристики, используемые для разныхсварочных процессов — MMA, TIG,MIG/MAG, — и перейти в дальнейшемк реализации принципа сварочныхмультисистем. Такие мультисистемысерии PS, работающие на частоте5 кГц, начали поставляться Kemppi в1981–1982 годах.

С появлением на рынке силовойэлектроники модульных биполярныхтранзисторов с изолированным затво-ром IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor) частота инвертирования(а следовательно, и частота работысварочного трансформатора) выросладо 20 кГц, при этом отношение свароч-ного тока к массе источника питанияповысилось вдвое. На базе IGBT-тран-зисторов стали выпускать малогаба-ритные источники для сварки методамиMMA, TIG, MIG/MAG, плазменной резки.Одним из первых инверторов на тран-зисторах IGBT был выпрямитель серииMaster компании Kemppi, работающийна частоте 20 кГц. Инверторы этой се-рии поступили в продажу в 1991 году.

Следующая стадия развития связанас появлением в 90-х годах полевыхМОП-транзисторов серии MOSFET(Metal Ocside Semiconductor Field EffectTransistor). За счет применения силовыхMOSFET-транзисторов частота инверти-рования повысилась до десятков кило-герц. Например, компания ESAB (Шве-ция) стала выпускать малогабаритные«бытовые» источники Caddy, работаю-щие в диапазоне максимальных токовот 130 до 250 А. Массо-габаритные ха-рактеристики при этом продолжают сни-жаться. В частности, инвертор Caddy-150, выпускаемый ESAB, имеет массувсего 7,7 кг и работает на частоте49 кГц; инверторный источник питаниясерии AristoArc-400 (ESAB) весит 45 кг.Сейчас инверторы Caddy-150 заменяют-ся на более совершенные источники пи-тания OrigoArc-150 массой всего 6,9 кг.

Предложения инверторов

Компания Kemppi продемонстриро-вала на выставке в Эссене инверторыMinarc-110 и Minarc-140 массой в4,2 кг, работающие на частоте 80 кГц.Эти инверторы обладают возможнос-тью работать со сварочными кабелямидлиной до 50 м без существенного па-дения напряжения. Ток максимальнойнагрузки для Minarc-110 составляет110 А при ПВ=50% и 80 А при

ПВ=100%, для Minarc-140 — 140 А приПВ=35% и 100 А при ПВ=100%; потреб-ляемый ток 13 А и 16 А соответствен-но. Плавная регулировка сварочноготока; возможность сварки TIG с контак-тным поджигом дуги; кпд, равный 80%;максимальное напряжение дуги 24,4 Ви 25,6 В соответственно; рабочая тем-пература от –20°C до +40°C; класс за-щиты IP 23C — делают эти источникиидеальными аппаратами для работы втруднодоступных местах.

Инверторы Invertec V 140-S LincolnElectric имеют встроенные функции ArcForce, Hot Start и возможность питанияот генераторов с нестабильным сете-вым напряжением.

К сожалению, российские производи-тели сварочной техники намного отста-ли от мирового уровня развития инвер-торных технологий. Это связано не толь-ко с общим десятилетним спадом эконо-мики, но также и с отсутствием элемен-тной базы силовых высокочастотных по-лупроводниковых элементов отечес-твенного производства и неразвитостьюконструкторско-технологической школыразработки сварочных инверторов.

Среди российских производителейможно было бы выделить Государ-ственный рязанский приборный завод систочниками питания серии «Форсаж»и ЗАО «Спецэлектромаш» (Санкт-Пе-тербург). Его инвертор ВДУЧ-1371, вы-

55«Оборудование: рынок, предложение, цены» № 11 ноябрь 2003 г.

СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ПРОДУКЦИЯ И УСЛУГИ МЕЖОТРАСЛЕВОГО ПРИМЕНЕНИЯ №11(83)

пускаемый в двух вариантах (для свар-ки MMA и для сварки TIG с встроеннымгазовым клапаном) отличается просто-той и надежностью конструкции, а за-явленная производителем возможнаянагрузка в 100% ПВ практически соот-ветствует реальности. Немного портятвпечатление от аппарата невзрачныйдизайн, неудобное подключение сва-рочных кабелей (болты на лицевой па-нели), отсутствие рукоятки для пере-носки и неустойчивая работа при неста-бильном сетевом напряжении.

Одни из наиболее интересных ин-верторных выпрямителей на россий-ском рынке предлагает ООО НПЦ«ПромЭл-2000» (Москва). В результатеприменения ноу-хау в схеме инвертор-ного блока и оригинального методатеплоотвода удалось создать сериюмалогабаритных инверторных выпря-мителей ВМЕ и ВМ на базе полевыхМОП-транзисторов серии MOSFET.Производство инверторов размещенона ОАО МЗ «Прогресс» (Астрахань).

Инверторы предназначены для руч-ной дуговой сварки штучными электро-дами диаметром от 1,6 до 6,0 мм на пря-мой и обратной полярностях большин-ства углеродистых, легированных и нер-жавеющих сталей с получением сварныхшвов высокого качества. Получение навыходе выпрямителя необходимой длякачественной сварки высокочастотнойсоставляющей осуществляется за счетинвертирования тока в пилообразнуюформу с частотой до 150 кГц. Это обес-печивает легкий поджиг, устойчивое го-рение и высокую эластичность дуги.

Сравнительные испытания различ-ных типов сварочных инверторов, про-веденные одним сварщиком на мосто-

вых металлоконструкциях с использо-ванием одних сварочных материалов,показали, что качество сварных швов,выполненных с использованием выпря-мителей серии ВМЕ, было значительновыше за счет более эффективногосглаживания выходного тока. В резуль-тате этого перенос расплавленного ме-талла приобретал почти «струйный»характер, что резко снижало разбрыз-гивание металла. Поскольку инверто-ры серии ВМЕ/ВМ работают практичес-ки в режиме короткого замыкания, ихэлектробезопасность соответствуетмеждународным нормам IEC 974.Электромагнитная совместимость вып-рямителей обеспечивается благодаряполному экранированию высокочас-тотного излучения инверторного пре-образователя алюминиевым корпусом.

Высокое качество сварки обеспечи-вается автоматическим поддержаниемпараметров дуги, а компенсация коле-бания напряжения питающей сети поз-

воляет применять аппараты на строй-площадках или в полевых условияхпри работе с передвижными генерато-рами с плавающим выходным напря-жением (напряжение питания можетколебаться от 187 до 242 В). Малаямасса инверторов ВМЕ/ВМ дает воз-можность использовать их с длиннымикабелями питания, что в сочетании снизким напряжением холостого хода(60–80 В) гарантирует большую элек-тробезопасность при работе в емкос-тях, подвалах и закрытых помещениях.

За разработку и освоение серийно-го выпуска инверторных выпрямителейсерии ВМЕ/ВМ ООО НПЦ «ПромЭл-2000» в 2002 году и 2003 году былонаграждено двумя золотыми медалямиМеждународного салона инноваций иинвестиций и дипломами многих мос-ковских и региональных выставок.

В настоящее время совместно сФГУП Институт сварки России (Санкт-Петербург) разрабатывается серия ма-

56 «Оборудование: рынок, предложение, цены» № 11 ноябрь 2003 г.

СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ПРОДУКЦИЯ И УСЛУГИ МЕЖОТРАСЛЕВОГО ПРИМЕНЕНИЯ№11(83)

ТаблицаСравнительные характеристики малогабаритных сварочных инверторовМодель Изготовитель Напряжение Потребляемая Диапазон Габаритные

питания, В мощность, кВ–А сварочного тока, А ПВ, % размеры, мм Масса, кг

Master-1600 MLS (Kemppi) Финляндия 230 4,8 10–160 40 410x180x390 14,0Minar-140 (Kemppi) Финляндия 230 4,1 10–140 35 305х123х250 4,2Invertec V 140-S (Lincoln Electric) США 230 6,2 5–140 35 254х145х350 6,0OrigoArc 150 (ESAB) Швеция 230 5,0 4–150 25 380x180x300 6,9ТЕ 161 (Merkle) Германия 230 3,7 3–150 35 290х152х235 5,3MOS 138 E (Deka) Италия 230 2,5 5–130 15 310x120x160 4,0Tecnica 140 (Telwin) Италия 230 4,2 5–130 25 315х135х210 5,1Technology 150 (Telwin) Италия 230 4,2 5–130 60 430х170х290 9,2Discovery 140 (Weco) Италия 230 6,9 5–140 35 120x310x215 4,3Handy S 200 (Lorch) Германия 230 4,5 10–140 60 280х138х220 4,5S 1601 (Cemont) Италия 230 4,5 5–150 35 235х145х340 7,7Transpoket 1500 (Fronius) Австрия 230 7,0 10–150 35 315х110х200 4,7Piko 140 (EWM) Германия 230 6,0 5–140 35 335х110х220 4,5DC 140 («Технотрон») Россия 220 6,9 10–140 35 310x120x215 4,0Торус-200 (Тор) Россия 220 5,0 40–200 40 115х185х280 5,0Форсаж-125 (ГРПЗ) Россия 220 4,0 40–125 40 330х142х245 6,7Прогресс-130 («Электрик») Россия 220 5,0 3–130 35 367х266х163 6,0Адонис-2 («Корд») Россия 220 5,1 35–160 60 165х360х370 14,5ВДУЧ-1371 («Спецэлектромаш») Россия 220 4,0 5–130 100 365х140х196 8,0ВМЕ-120 («ПромЭл») Россия 220 2,7 10–120 80 140х240х65 2,2ВМЕ-140 («ПромЭл») Россия 220 3,2 10–140 80 147х250х65 2,3ВМЕ-160 («ПромЭл») Россия 220 3,7 10–160 80 170х296х90 3,6

Invertec V 140-S — Lincoln Electric (США)Handy S200-Lorch (Германия)

логабаритных полуавтоматов для сваркив среде защитных газов на базе инверто-ров ВМЕ-140 и ВМ-300. На базе инверто-ров серии ООО «Спарк» (Северодвинск)создал сварочную установку для сваркиTIG. Ведутся испытания мобильной уста-новки для плазменной сварки и резки.

Сравнительный анализ сварочных инверторов

Малогабаритные сварочные инвер-торы, применяемые при монтажных ра-ботах, обслуживании и ремонте раз-личных металлоконструкций (мостов,колонн, ферм, трубопроводов и т. д.),как правило, имеют максимальныйсварочный ток в пределах 130–160 А.Сравнительные технические характе-ристики сварочных источников, пред-ставленных на российском рынке, при-ведены в таблице.

Как видно из таблицы, выбор свароч-ных инверторов для монтажных работочень велик. Многие производителипредлагают несколько моделей источ-ников питания, построенные по различ-ным конструктивным схемам на разнойэлементной базе (высокочастотные ти-ристоры, биполярные транзисторы IGBTили полевые транзисторы MOSFET) иотличающиеся в основном значениямипродолжительности включения на томили ином токе сварки (ПВ), энергопот-реблением и массо-габаритными харак-теристиками. Как следствие, эти источ-ники питания отличаются сварочнымисвойствами (напряжение холостого хо-да, скорость регулировки напряжениядуги, легкость зажигания дуги, стабиль-ность и эластичность сварочной дуги,степень разбрызгивания) и для разныхпроизводителей находятся в различныхценовых нишах.

Поскольку основными показателямикачества сварочного источника пита-ния являются максимальный ток свар-ки, ПВ, максимальный длительный токсварки (при ПВ=100%) и потребляемаямощность, а малая масса рекламиру-ется как существенное преимущество,

то сравнение малогабаритных свароч-ных инверторов можно проводить, ис-пользуя следующие соотношения:● отношение максимального длитель-ного тока сварки (при ПВ=100%) к мас-се источника питания (А/кг);● отношение массы источника питания кпотребляемой мощности (кг/кВ–А), т. е.показатель массы, которая необходимадля потребления 1 кВ–А мощности.

Результаты сравнительного анализапредставлены в диаграммах 1 и 2*.Представляется, что сравнение по вы-шеприведенным показателям наиболеекорректно для рассматриваемого клас-са оборудования (малогабаритные сва-рочные инверторы, используемые вмонтажных условиях), так как указан-ные соотношения являются общими длявсех сварочных источников питания.При этом мы не рассматриваем разли-чия, существующие для инверторов раз-ных производителей — частоту инверти-рования, форму импульсов тока, лег-кость зажигания и стабильность дуги,наличие дополнительных функций и т. д.

Как видно из приведенных диаг-рамм, характеристики максимальноготока сварки и максимального длитель-ного тока сварки, отнесенные к массе

выпрямителя, и отношение массы ин-вертора к потребляемой мощности(т. е. важнейший показатель энергопот-ребления силовой установки) оказыва-ются наилучшими у инверторных вып-рямителей серии ВМЕ, выпускаемыхООО НПЦ «ПромЭл-2000». Показательмаксимального длительного тока свар-ки в 39 А/кг у выпрямителя ВМЕ-140 яв-ляется наилучшим в своем классе. По-казатели энергопотребления инверто-ров этой серии не так хороши (здесьлидирует инвертор DC 140 производ-ства «Технотрон»), но вполне достаточ-ны для монтажного источника. Крометого, инверторы «ПромЭл» дают болеемягкую и эластичную дугу, что оченьважно для сварки с переходом в раз-личные пространственные положения(например, при сварке труб).

При подготовке статьи использована техническая ин-

формация фирм-производителей. Автор выражает

благодарность за предоставленную информацию: Ва-

сильеву А. В. и Лебедеву Ю. А. (представительство

компании Kemppi), Бисину В. В. (ТЦ «Тена»), Колюпа-

нову О. В.(представительство компании Lincoln

Electric), Селеверстову В. (представительство компа-

нии Weco), сотрудникам представительства компании

ESAB, Горынину И. А. (ООО «Интертехприбор»), Ино-

земцеву В. С. (ЗАО «Спецэлектромаш»), Копыло-

вой Т. В. (ЗАО «Технотрон-М»), Юрьеву И. И. и Дани-

лину В. К. (НПЦ «ПромЭл-2000»), Гаврилову Е. А. (ПГ

«Дюкон»), Глодмину О. Л. (компания «Тор»).

57«Оборудование: рынок, предложение, цены» № 11 ноябрь 2003 г.

СВАРОЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ПРОДУКЦИЯ И УСЛУГИ МЕЖОТРАСЛЕВОГО ПРИМЕНЕНИЯ №11(83)

Серия Minarc Kemppi (Финляндия)

Диаграмма 1 Диаграмма 2

*Все использованные в диаграммах данные взяты из

каталогов и технической документации фирм-произ-

водителей