SMALL-SIZED WELDING INVERTER FOR SEMI-AUTOMATIC WELDING WITH HIGH FREQUENCY AC CURRENT
Abstract
The design of a small-sized high-efficiency welding inverter with high-frequency alternating current output for semi-automatic welding is considered. The inverter is distinguished by good power density and lowered power losses due to absence of output power rectifier. It is shown that when high-frequency alternating current is supplied to the welding arc, several problems arise: the non-constant inductance of the welding circuit presents a significant reactance at conversion frequencies of tens of kHz, limiting the arc current; at high frequency, a surface effect (skin effect) begins to manifest itself. To solve the problem of current limitation, a scheme with reactance compensation is proposed by connecting a capacitor in series with the welding circuit and introducing frequency control of the current in the resulting series-resonant circuit. The aim of the work is to develop a welding inverter for semi-automatic welding with highfrequency alternating current, ensuring high-quality process flow. As a result of the research, a smallsized welding inverter for semi-automatic arc welding with high-frequency alternating current was developed and prototyped. Laboratory tests of the designed inverter have shown steady arc burning and stable process flow. The developed inverter can be easily modified to increase the welding current. The structure of the power section of the developed welding power supply also allows it to be used for induction heating tasks by connecting an inductor with an inductance of 2...7 μH to the output terminals and introducing minor adjustments into the microcontroller control program to implement inductor current control. Thanks to the increased power factor, the developed inverter current drawn from the supply grid is 25...40% lower than that of the widespread welding inverters without a power factor corrector. This reduces the load on the distribution supply grid and allows welding operations to be carried out when powered from a "weak" grid or with a long power cable
References
1. Бурлака В.В., Гулаков С.В., Головин А.Ю., Федосов А.В., Зареченский Д.А., Псарева И.С. Уни-
версальный аппарат для сварки в полевых условиях // Сварочное производство. – 2024. – № 2.
– С. 44-49. – DOI: 10.34641/SP.2024.1065.2.013.
2. Зареченский Д.А., Гулаков С.В., Бурлака В.В., Федосов А.В., Головин А.Ю. Анализ сварочных
свойств и энергопотребления однофазных источников питания дуговой сварки // Сварочное
производство. – 2024. – № 1. – С. 46-49. – DOI: 10.34641/SP.2024.1064.1.006.
3. Burlaka V., Gulakov S., Podnebennaya S., Kudinova E., Savenko O. Bidirectional single stage isolated
DC-AC converter // In proceedings of 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology (KhPI Week),
Kharkiv, 05-10 October 2020. – Kharkiv: National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”,
2020. – P. 343-346.
4. Burlaka V.V., Podnebennaya S.K., Gulakov S.V. Low-Cost Transformerless Grid-Tie Inverter for Photovoltaic
System // In proceedings of 2019 IEEE 6th International Conference on Energy Smart Systems (ESS),
Kyiv, 17-19 April, 2019. – Kyiv: Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2019. – P. 334-338.
5. Podnebennaya S.K., Burlaka V.V., Gulakov S.V. Power Supply of Resistance Welding Machine with
Reactive Power Compensation // In proceedings of 2019 IEEE 39th International Conference on Electronics
And Nanotechnology (ELNANO), Kyiv, 16-18 April, 2019. – Kyiv: Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic
Institute, 2019. – P. 648-651.
6. Бардин А., Джаникян А., Никитин С., Романов А. Инверторное сварочное оборудование // Си-
ловая электроника. – 2008. – № 3. – С. 116-119.
7. A New PWM ZVS Full-Bridge Converter Yungtaek Jang and Milan M. Jovanovic´, Power Electronics
Laboratory, Delta Products Corporation, P. O. Box 12173, 5101 Davis Drive, Research Triangle Park,
NC 27709, 2006.
8. Петров С. Схемотехника промышленных сварочных инверторов // Современная электроника.
– 2007. – № 8. – C. 42-47.
9. Петров С. Однотактный прямоходовой мостовой конвертер: области применения и развитие
схемотехники // Силовая электроника. – 2009. – № 5. – С. 74-81.
10. STMicroelectronics, AN3200 “2.5 kW MMA welding machine”, September 2010.
11. Верещаго Е.Н., Квасницкий В.Ф., Костюченко В.И. Квазирезонансный источник питания
Plasma 110i HF для плазменной резки // Сварочное производство. – 2008. – № 6. – С. 37-41.
12. Schupp J., Fischer W., and Mecke H. Welding Arc Control with Power Electronics // IEE Power Electronics
and Variable Speed Drives Conference. – 2000. – P. 443-450.
13. Tomsic M.J., Crump N. and others. The welding handbook: Welding processes. – Vol. 2. – 8th ed.
American Welding Society. Miami (USA). – P. 2-29, 73-80.
14. Савчук В.С., Плехов А.С. Управление сварочным инвертором для электросварки труб высокого
давления // Интеллектуальная электротехника. – 2023. – № 4. – С. 43-54. – DOI: 10.46960/2658-
6754_2023_4_43.
15. Володин В.Я. Продвинутые источники сварочного тока // Силовая электроника. – 2014. – № 4.
16. Фурман Е.Л., Толстых Л.Г., Толстых А.Л., Лепинских В.Б. Импульсный инверторный источник
ИНТАЛ-500И для сварки // Сварочное производство. – 2015. – № 10. – C. 40-43.
17. Князьков А.Ф., Князьков С.А., Деменцев К.И. Инверторный источник питания для сварки моду-
лированным током // Сварочное производство. – 2008. – № 5. – С. 18-22.
18. Коротынский А.Е., Копиленко Е.А., Павленко Г.В., Павленко Г.Л. Оценка параметров электро-
магнитной совместимости оборудования для дуговой сварки // Сварочное производство. – 2005.
– № 11. – C. 9-12.
19. ГОСТ Р 51317.3.2-2006 (МЭК 61000-3-2:2005). Совместимость технических средств электро-
магнитная. Эмиссия гармонических составляющих тока техническими средствами с потреб-
ляемым током не более 16А (в одной фазе). Нормы и методы испытаний. – М.: Стандартин-
форм, 2007. – 28 c.
20. ГОСТ Р 51317.3.4-2006 (МЭК 61000-3-4:1998). Совместимость технических средств электро-
магнитная. Ограничение эмиссии гармонических составляющих тока техническими средствами
с потребляемым током более 16А, подключаемыми к низковольтным системам электроснабже-
ния. Нормы и методы испытаний. – М.: Стандартинформ, 2007. – 15 c.
21. Бардин В.М., Боpисов Д.А. Целесообpазность и возможности создания сваpочных аппаpатов
пеpеменного тока высокой частоты // Сварочное производство. – 2010. – № 6. – С. 35-38.
