Неисправности сварочного инвертора

Общие сведения об инверторах

Сварочные трансформаторные аппараты имеют незначительную стоимость по сравнению с устройствами инверторной сварки и простоту устройства, позволяющую произвести несложные операции по ремонту. К главным недостаткам нужно отнести их габариты, вес и чувствительность к параметрам питающей сети. При низких значениях напряжения (U) варить практически невозможно, так как мощность, потребляемая аппаратом, существенно возрастает, а счетчики электроэнергии имеют предел мощности до 6 кВт.

В результате этого происходит срабатывания защиты: срабатывает автомат через определенное время из-за нагрева или сгорают предохранители на пробках. Если поставить автомат защиты с большим значением или использовать «жучок» (шунтирование предохранителя медным проводом большего диаметра), то вероятность возгорания проводки возрастает.

Кроме того, при работе с обыкновенной трансформаторной сваркой происходят кратковременные перепады значения U, из-за которых может выйти из строя другая аппаратура и бытовые приборы. Трансформаторные сварочные аппараты стоят сравнительно недорого и очень легко ремонтируются из-за их простого устройства. Однако обладают значительным весом и очень чувствительны к напряжению питания (U). При низком U производить сварочные работы просто невозможно, так как происходят значительные перепады U, в результате которых могут выйти из строя бытовые приборы. Для избежания всех этих неудобств при работе и используют инверторные аппараты.

Устройство и особенности работы

Инверторная сварка применяется в домашних условиях и на различных предприятиях. Она обеспечивает стабильное горение сварочной дуги при высокочастотном токе. Аппарат устроен в виде мощного импульсного блока питания (ИБП), работа которого основана на принципах:

1. Преобразование переменного питающего (сетевого) U в постоянное.
2. Преобразование постоянного в переменный высокочастотный ток.
3. Выпрямление тока с сохранением частоты.

Если следовать этим принципам построения, то происходит значительное уменьшение сварочника в несколько сотен или тысяч раз. Кроме того, такое устройство позволяет оборудовать аппарат дополнительным охлаждением.

Для осуществления качественного ремонта сварочного инвертора нужно знать устройство и принцип работы. Благодаря пониманию работы, возможно грамотно произвести диагностику, выяснить причину неисправности и устранить ее самостоятельно. Сварочный аппарат инверторного типа состоит из основных узлов (рисунок 1):

1. Выпрямитель.
2. Инвертор.
3. Трансформатор.
4. Выпрямитель высокочастотный.
5. Схема управления (электронный регулятор).

Рисунок 1 — Блок-схема сварочного инвертора.

Выпрямитель состоит из полупроводникового выпрямительного моста и фильтра, выполненного на конденсаторе. Диодный мост выпрямляет переменный ток питающей промышленной сети. При прохождении переменного тока через диод происходит пропускание тока в одном направлении. В результате этого ток становится постоянным, но в нем преобладают значительные пульсации. Ток с такими параметрами не подходит для питания инвертора, так как он работает только от постоянного тока. Для сглаживания пульсаций применяется конденсатор большой емкости (2200.5000 мкФ).

После преобразования U запитывается инвертор. Инвертор представляет собой набор радиоэлементов для генерации необходимого переменного U для высокочастотного импульсного трансформатора. Основными элементами являются мощные ключевые транзисторы и микросхема для получения команд от схемы управления инвертором, а также для корректной работы последнего. Транзисторы переключаются с высокой частотой, которая зависит от текущей модели сварочника. Она может колебаться в диапазоне от 35 до 95 кГц. Подключение транзисторов происходит к понижающему импульсному трансформатору.

Импульсный трансформатор преобразует входящее U, полученное на выходе инвертора в низкое. К вторичной обмотке трансформатора подсоединяется высокочастотный выпрямитель, преобразующий переменный высокочастотный ток в постоянный. При этом преобразовании частотные характеристики сохраняются. Эффективность сварки повышается при использовании высокочастотного тока.

Электронный регулятор применяется для осуществления контроля при работе аппарата, диагностики и выдачи команд для инвертора. Кроме того, он позволяет менять ток сварки.

Благодаря такому исполнению, сравнительно мобильные инверторные сварочники обладают отличными характеристиками:

1. Первичный источник питания (сетевое U и ток): 157.275 В и 20.30 А.
2. Параметры U холостого хода: 70.85 В.
3. U при формировании дуги: 22.35 В.
4. Диапазон выставления тока сварки: 20.300 А.
5. Время нагрузки при максимальном I сварки:5.10 мин.
6. Типы электродов: «1», «2», «3», «4», «5», «6».
7. Значение средней массы: 5.7 кг.

Ремонт аппаратов инверторной сварки

Если внимательно изучить устройство, функции и принцип действия каждого узла, то выявить и устранить неисправность инверторного сварочного аппарата самостоятельно достаточно просто. Многие сварщики начинают искать фирмы, где отремонтировать сварочный инвертор по низкой цене. Но они забывают о том, что фирма или отдельное лицо может поменять детали инвертора на менее качественные. Нужно понять причину проблемы и найти способ для ее решения. Начинать нужно с самого простого и заканчивать сложным. Кроме того, следует внимательно осмотреть инверторный аппарат на наличие подгораний силовых кабелей, поступление питания из сети.

Для ремонта необходимо изучить схему и неисправности. Неисправности можно разделить на несколько групп: простые, средние и сложные.

Простые поломки

Простые поломки возникают, как правило, при неверном режиме эксплуатации любого прибора и устройства. Этот тип неисправностей не требует особой квалификации и состоит, в основном, из примитивных поломок, устраняемых очень легко и быстро. Следует очень внимательно отнестись к решению проблемы по ремонту инверторной сварки своими руками, так как простая поломка из-за необдуманных действий может привести к более серьезным последствиям. К простым неисправностям можно отнести следующие типы:

• Отсутствие сетевого питания инвертора (инвертор «отказывается» включаться).
• Влажность корпуса.
• Пыль внутри инверторного аппарата.
• Нестабильная дуга.
• Отсутствие полной мощности аппарата.
• Залипание электрода.
• Ослабление креплений.
• Разбрызгивание металла.

Отсутствие сетевого питания возможно по нескольким причинам: отсутствие U, дефект кабеля питания инвертора, сгорание предохранителя. Кроме того, существует вероятность поломки электроники аппарата, но эта неисправность не относится к простым, так как требует определенных навыков. Способы устранения очень просты. Например, при отсутствии питающего U нужно произвести замер вольтметром в розетке. При обрыве сетевого кабеля нужно его прозвонить, найти проблемный участок и заменить его. Если произошло сгорание предохранителя, то следует его поменять на исправный (нельзя ставить «жучок», так как это может привести к окончательному выходу из строя).

При работе во влажном помещении нужно просушить содержимое сварочника. Нельзя запускать его, так как постоянно будет выбивать автоматы и перегорать нить предохранителя. Следует помнить о том, что влага — злейший враг любой аппаратуры.

Пыль является отличным проводником электричества. Сварочный аппарат необходимо периодически чистить. Запыленность может привести к более тяжелым последствиям.

При нестабильной дуге и разбрызгивании металла следует проверить ток сварки. В основном, элементарным решением проблемы является его увеличение. Существует определенная зависимость тока от толщины электрода: диаметр электрода нужно умножить на показатели 20-40 А. При вычислении получается необходима сила тока. Например, при работе используется электрод «4» и ток для комфортной работы (при нормальном входном напряжении): I = 4 * 40 = 160 А. Выбор значений из диапазона от 20 до 40 зависит от толщины металла: на каждые 1 мм приходиться коэффициент, кратный 5. Например, нужно рассчитать ток сварки для металла 2 мм и электрода «3». Алгоритм расчета следующий:

1. Максимальный ток сварки: Iсв = 3 * 40 = 120 А.
2. Ток для 2 мм металла: I = Iсв — 2 * 5 = 120 — 10 = 110 А.

Этот алгоритм используется при нормальном сетевом U (210.225 В). При 110 А сварочные работы будут выполнены аккуратно и вероятность прожога металла минимальная.

При прилипании электрода виновником оказывается пониженное U питающей сети, и для устранения этой проблемы нужно увеличить ток сварки. Кроме того, нужно почистить гнезда и контакты, а также удостовериться в проводе переноски, так как ее сечение должно быть больше 3 кв. мм.

Периодическое отключение аппарата происходит в результате перегрева. В этом случае нужно дать ему остыть в течение 25-40 минут.

Средняя степень

Поломки этого типа возникают при сгорании определенного радиоэлемента. Исправление неполадок этого рода не требует особой квалификации. Основным навыком является умение работать с паяльником или паяльной станцией. В основном, они выявляются при визуальном осмотре. Причины могут быть разнообразны:

• Подгорание резисторов.
• Вздутие электролитических конденсаторов.
• Сгорание трансформатора.
• Обугливание диодов.
• Порча монтажной платы при возгорании.

Оптимальным способом исправления является выпаивание детали и замена ее на такую же или аналог.

Сложные неисправности

При средних поломках все выясняется визуально. Однако бывают ситуации, когда визуальный осмотр не дает положительный результат. Для этого применяется метод анализа схемы инвертора и выявление неисправности, а также дальнейшее ее устранение.

Для ремонта нужны знания в области электротехники, контрольно-измерительные приборы (мультиметр и осциллограф), схема инвертора (схема 1) и немного уверенности в своих силах. «Слабым местом» сварочника инверторного типа являются плата управления и БП. Если неисправна плата управления, то происходит светодиодная индикация (светодиод желтого цвета), свидетельствующая о невозможности запускаться в нормальном режиме.

Схема 1 — Схема инвертора РЕСАНТА САИ

Для осуществления ремонта нужно разобрать инвертор и произвести снятие разъемов с плат. После этого нужно выполнить контрольные измерения напряжений платы управления и сравнить с табличными исправной ПУ. Например, один из вариантов можно рассмотреть в таблице 1.

Таблица 1 — Сравнение измерений.

Согласно таблице 1, нужно сделать вывод о неисправности ПУ. На ПУ есть микросхема типа UC3845D, нужно снять контрольные U и сделать выводы (таблица 2).

Таблица 2 — Сравнение U UC3845B.

На микросхеме (7-я нога) питание отсутствует, следовательно, нужно искать причину в радиокомпонентах, работающих вместе с этой микросхемой. В этой ситуации нужно проверить микросхему LM324N, которая управляет первой при помощи команд-импульсов (таблица 3).

Таблица 3 — Сравнение режимов работы микросхемы LM324N.

Далее нужно рассмотреть цепь деталей, завязанных на 7-ю ногу. Причиной является неисправный smd-резистор R4. Нужно произвести замену, собрать инвертор (подключить только разъемы и проверить). Результат выполненной работы: желтый светодиод не горит, а, следовательно, аппарат исправен. Нужно отключить его от сети и собрать полностью. Таким способом следует искать и другие неисправности, ничего сложного в этом нет.

Таким образом, для устранения неисправностей различного вида нужно знать основное устройство инвертора и его принцип действия. В основном устранить неисправность не составляет труда.

Для этого нужно понять причину, разобрать и внимательно осмотреть все соединения, радиодетали (подгоревшие резисторы, «вздувшиеся» электролитические конденсаторы и так далее). Кроме того, нужно следить за правильной эксплуатацией и производить периодически техосмотр аппарата. Эти меры предосторожности позволят существенно увеличить срок службы сварочника.

Основные причины выхода из строя инверторов и их проявление

Главными причинами выхода из строя сварочных инверторов являются нарушения правил их эксплуатации. О рабочих режимах и особенностях технического обслуживания конкретного аппарата можно узнать из его паспорта, в целом приводится примерно одинаковый перечень мероприятий:

• ежедневный внешний осмотр основного блока и кабелей;
• периодическая внутренняя чистка аппарата сжатым воздухом;
• плановая проверка, зачистка, протяжка и ремонт соединений внутренних силовых контактов;
• измерение сопротивления изоляции и проверка цепей защитного заземления.

Основные факторы, воздействие которых становится причиной неисправности инвертора:

1. Резкие изменения входного напряжения. Его падение ведет к нарушению стабильности и прекращению работы инвертора, то значительное превышение может вызвать выход из строя элементов входного выпрямителя.
2. Минеральная пыль. Покрывает поверхности внутренних деталей аппарата и забивает ребристые поверхности радиаторов охлаждения диодов и транзисторов. Это приводит к нарушению теплового режима и может вызвать выход из строя отдельных элементов.
3. Металлическая пыль и мелкая стружка. Попадает внутрь инвертора через входной вентилятор в том случае, если рядом с ним выполняются работы болгарками, шлифмашинками и пр. Может вызвать внутреннее короткое замыкание.
4. Вода и повышенная влажность. Вызывает окисление проводов и контактов, может привести к короткому замыканию.
5. Наружные механические повреждения. Иногда служат причиной выхода из строя органов управления и внутренних конструктивных элементов, на которых крепятся электронные компоненты.

Далее описаны основные нарушения в работе инверторов и их причины.

Нестабильность дуги, разбрызгивание металла

При значительных колебаниях входного напряжения или некорректной работе системы управления инвертора происходят скачкообразные изменения сварочного тока, что приводит к нестабильности дуги. В этом случае в первую очередь необходимо проверить напряжение сети. Если оно в норме, а колебания продолжаются, следует произвести внутреннюю диагностику инвертора.

Разбрызгивание металла при сварке, как правило, является следствием неправильного выбора тока сварки. Причиной этого может быть как человеческий фактор, так и неисправность регулятора тока или системы управления.

Инвертор не включается

У этого явления может быть несколько причин:

• плохой контакт зажима кабеля «массы»;
• слишком низкое входное напряжение;
• выключился входной автомат (причиной этого может быть внутреннее короткое замыкание);
• сработала тепловая защита.

В последнем случае необходимо дождаться остывания аппарата и попробовать включить его заново. Если защита срабатывает повторно, то инвертору требуется техобслуживание или ремонт.

Перегрев инвертора

Основной причиной перегрева инвертора является нарушение тепловых режимов из-за большого количества пыли во внутреннем пространстве аппарата. Пыль выступает в роли теплоизоляции, покрывая поверхности охлаждаемых потоком воздуха компонентов, и не позволяет нормально работать вентиляторам. При постоянном перегреве, прежде чем заводить речь о диагностике и ремонте, необходимо тщательно и очень аккуратно очистить все внутренние модули сжатым воздухом. Другой причиной перегрева инвертора является несоблюдение рекомендуемой величины параметра ПВ (продолжительность включения).

Рисунок 3 — Параметры ПВ

Повышенное энергопотребление

Повышенное энергопотребление на холостом ходу при нормативном значении входного напряжения сети, как правило, связано с коротким замыканием между витками одной из обмоток высокочастотного трансформатора. Внешне такая неисправность выглядит как подгорание изоляции вокруг его токоведущих частей и чаще всего сопровождается падением величины напряжения холостого хода (иногда в два-три раза). Самому снять, разобрать и осмотреть трансформатор несложно, а вот его ремонт лучше все-таки поручить тому, кто в этом хорошо разбирается.

Прикипание электрода к металлу

Если в процессе сварки электрод прикипает, скорее всего, это вызвано неправильным подбором технологических параметров и плохой подготовкой свариваемых поверхностей. Кроме того, для предупреждения такого явления все современные инверторы оснащены автоматической функцией Anti-Stick. Когда значение сварочного тока соответствует диаметру электрода и толщине свариваемого метала, а зона сварки разделана и зачищена надлежащим образом, причиной прикипания (залипания) может быть периодическое снижение напряжения как со стороны электросети, так и непосредственно в цепи сварки.

В первом случае необходимо стабилизировать сетевое питание или же использовать инвертор с возможностью работы при пониженном напряжении. Со стороны сварочной цепи должна производиться периодическая зачистка контактов и проверка их надежности. Кроме того, падение напряжение может быть вызвано применением кабелей, длина и сечение которых не соответствуют нормативным требованиям.

Невозможность регулировки тока

В первую очередь речь может идти о неисправности индикатора, отображающего величину тока. Также одна из самых распространенных причин — обрыв провода, поломка или внутренний износ потенциометра, которым задается значение сварочного тока. Если все это в порядке, то проблема может быть в неисправности системы управления инвертора. Разобраться в ней и выполнить такой ремонт может только опытный специалист.

Самопроизвольное отключение

Причинами внезапных отключений сварочного инвертора могут быть резкие скачки напряжения питающей электросети, неисправность входного автомата и срабатывание температурной защиты. В первом случае необходимо каким-либо образом стабилизировать входное напряжение или использовать аппарат, предназначенный для работы в таком диапазоне. При частом срабатывании температурной защиты необходимо произвести внутреннюю очистку от пыли и проверить соблюдение рекомендаций производителя по длительности непрерывной работы. Проверить исправность входного автомата можно без сложного ремонта, временно подключив вместо него заведомо исправное устройство.

Порядок действий при ремонте аппаратов

Выход и строя сварочного инвертора может произойти как вследствие серьезной поломки, так и по причине незначительной неисправности. Прежде чем обращаться в сервисный центр или к знакомому мастеру, имеет смысл рассмотреть вариант ремонта своими руками, особенно если у владельца есть профильное образование или радиолюбительские навыки. Инвертор следует разобрать, почистить и внимательно осмотреть изнутри, т. к. проблема может заключаться в избытке пыли или каком-либо отвалившемся проводке, и никакого серьезного ремонта на самом деле не нужно.

Если принято решение осуществить самостоятельный ремонт, то необходим следующий минимальный набор инструментов:

1. Цифровой мультиметр. Самый обычный, функция «проверка диода» необязательна, т. к. все полупроводники можно проверять в режиме замера сопротивления.
2. Паяльник с принадлежностями. Лучше паяльная станция, но можно обойтись паяльником с тонким жалом на 40–60 Вт.
3. Отвертки, пассатижи, кусачки, пинцет.

Очень часто пишут, что для проверки состояния инверторного аппарата обязательно нужен осциллограф. Но это другой уровень знаний и навыков с другими рекомендациями по поиску неисправностей. Наши же действия по диагностике и ремонту инвертора ограничатся визуальным осмотром, прозвонкой, элементарными замерами состояния основных элементов электронной схемы инвертора и их заменой в случае неисправности. Если все это не принесет результата, то необходимо обратиться к профильным специалистам.

Порядок действий на первом этапе таков:

1. Снять корпус и очистить инвертор от пыли сжатым воздухом. Давление подобрать так, чтобы не повредить печатные платы и электронные компоненты.
2. Проверить состояние лопастей вентиляторов и легкость их вращения. При обнаружении проблем — заменить на новые. Проверить надежность подсоединения всех проводов и разъемов.
3. Проверить подключение и состояние потенциометра регулировки сварочного тока. В случае неисправности — ремонт или замена.
4. Осмотреть на предмет подгорания обмотки трансформаторов и дросселей. При наличии дефектов — демонтировать и отдать на проверку или сразу в перемотку.
5. Проверить элементы силовой цепи (конденсаторы, зарядный резистор, диоды, транзисторы) на наличие повреждений внешнего корпуса. При обнаружении дефектов заменить такими же или аналогами.
6. Произвести внешний осмотр печатной платы системы управления. Если есть поврежденные элементы, то аккуратно их выпаять и заменить на новые (если никогда не паяли печатные платы, то лучше этим не заниматься, а сразу обратиться к специалистам).

Если после внешнего осмотра и устранения обнаруженных неполадок инвертор не включается или работает некорректно, необходимо диагностировать отдельные цепи и силовые элементы (см. далее).

Диагностика инвертора

Проверка полупроводниковых электронных компонентов выполняется путем замера сопротивления на их выводах со сменой полярности мультиметра. В одном случае оно должно быть близко к нулю, во другом — бесконечно большим.

Перед тем как приступить к диагностике инвертора, необходимо включить последовательно с ним лампочку накаливания 100÷150 Вт, которая будет стабилизировать ток и послужит защитой от короткого замыкания. Кроме того, по свечению лампочки можно судить о рабочем состоянии конденсаторов и силовых транзисторов.

Диагностику инвертора проводим в следующей последовательности:

1. Проверка силовых диодов выходного выпрямителя. Замеряем мультиметром сопротивление на выходных клеммах инвертора. В одну сторону должен быть ноль, в другую – бесконечность. Если это не так, то переходим к ремонту: определяем неисправный диод и заменяем его.
2. Проверка силовых транзисторов ВЧ-преобразователя. Вначале необходимо определить тип расположения выводов транзисторов. Делаем замер на «пробой», меняя полярность между затвором и двумя другими выводами. Если в обе стороны ноль, то транзистор неисправен и подлежит замене.
3. Проверка диодов НЧ-выпрямителя. Здесь диоды включены по мостовой схеме, поэтому вначале нужно определить четыре контактные точки. При нуле в обе стороны диод подлежит замене.
4. При исправности всех силовых полупроводников приборов можно подсоединить инвертор к сети. При этом включенная последовательно с ним лампочка сначала вспыхнет на несколько секунд, а затем по мере заряда конденсаторов НЧ-выпрямителя начнет заметно тускнеть. Если хотя бы один из транзисторов ВЧ-преобразователя пробит, лампочка будет гореть полным накалом.
5. Затем инвертор можно несколько раз включить и выключить клавишей на лицевой панели. После этого необходимо замерить напряжение холостого хода в нескольких положениях регулятора тока (оно будет несколько меньше номинального).

Перед тем как ремонтировать сварочный инвертор, его необходимо отключить от электросети. Схему с лампочкой можно использовать только на холостом ходу. Проверку аппарата под нагрузкой лучше всего производить с балластным реостатом.

Замена транзисторов

При ремонте сварочного инвертора, возможно, придется заменять транзисторы, стабилитроны, резисторы и другие электронные детали. Для этого необходимо обладать некоторыми навыками по пайке подобных изделий. При замене транзисторов (IGBT и MOSFET) необходимо помнить, что они могут выйти из строя под воздействием статического электричества. Работать с ними рекомендуется на антистатических поверхностях и в браслетах для защиты от статики. На самом деле мало кто полностью следует этим предписаниям, но знать о них все же необходимо.

Для того чтобы заменить силовой транзистор, необходимо выкрутить винт, которым он прижимается к радиатору, отделить его корпус от поверхности, а затем аккуратно выпаять. Установка нового транзистора производится в обратном порядке, перед тем как прижать его винтом к радиатору, нужно нанести на место контакта тонкий слой теплоотводящей пасты.

Ремонт выпрямителей

В составе инвертора присутствуют три выпрямителя: однополупериодный выходной и два мостовых: входной и внутреннего питания («дежурка»). Первый имеет в своем составе два диода и проверяется мультиметром через входные клеммы инвертора, а мостовые — по четырем точкам (на разъемах или плате). При ремонте выпрямителей чаще всего заменяются диоды, конденсаторы и балластные резисторы. Специальных мер предосторожности при пайке этих элементов нет, хотя при замене деталей внутреннего источника питания нужно быть предельно внимательным: они установлены на печатной плате. Диоды входного и выходного выпрямителей крепятся на радиаторы. При установке нового элемента перед фиксацией его прижимным винтом нужно обязательно воспользоваться теплоотводящей пастой.

Диагностика конденсаторов

Основные причины выхода из строя электролитических конденсаторов — это механические повреждения, значительные превышения номинального напряжения, нарушение внутренних контактов и старение. В первых двух случаях неисправности можно обнаружить визуально, при этом на торцы большинства моделей электролитических конденсаторов нанесены специальные насечки, которые приподнимаются или раскрываются при «взрыве» электролита (см. фото ниже).

Рисунок 7 — Диагностика конденсатора

Скрытые неисправности достаточно просто обнаруживаются прибором с функцией измерения емкости или же обычным мультиметром. В последнем случае предварительно разряженный конденсатор сначала показывает небольшое сопротивление, которое по мере его заряда от источника мультиметра возрастает вплоть до бесконечности. При замере на контактах неисправного конденсатора прибор показывает либо обрыв, либо какое-нибудь постоянное сопротивление.

Ремонт платы управления

Если простая диагностика мультиметром и последовавший за ней ремонт не дали нужного результата, то источником проблем, скорее всего, является плата управления. Без осциллографа здесь можно проверить только значения напряжений в обозначенных на схеме контактных точках платы, а также замерить питающие напряжения и прозвонить полупроводниковые приборы (которые, скорее всего, придется выпаивать). Кроме того, для ремонта платы управления необходимы хорошие знания радиоэлектроники и умение разбираться в схемах электронных приборов. Тому, кто не обладает такой квалификацией, остается один путь — в сервисный центр или к специалисту с хорошей репутацией.