Aparate de sudura cu invertor

Interesul uriaș și vârful de popularitate care a crescut în ultimul deceniu în noile modele de mașini de sudură care funcționează pe principiul invertoarelor se datorează următoarelor motive principale:

• calitate crescută a cusăturilor;

• disponibilitatea operațiunilor chiar și pentru sudorii începători datorită includerii unui complex de funcții pentru pornirea la cald, antilipirea electrodului și arderea arcului;

• minimizarea proiectării echipamentelor de sudură, asigurând mobilitatea acestuia;

• economii semnificative de energie comparativ cu transformatoarele.

Aceste avantaje au devenit posibile datorită unei schimbări în abordarea tehnologiei de creare a unui arc de sudură pe un electrod datorită introducerii celor mai recente progrese în tehnologia microprocesoarelor.

Cum sunt invertoarele de sudare

Acestea sunt alimentate cu energie electrică de 220 V 50 Hz, care provine de la o priză electrică obișnuită. (Aparatul care funcționează într-o rețea trifazată utilizează algoritmi similari.) Singura limitare la care ar trebui să acordați atenție este consumul de energie al aparatului.Nu trebuie să depășească valoarea nominală a dispozitivelor de protecție a rețelei și proprietățile conductoare ale cablajului.

Secvența celor cinci cicluri tehnologice utilizate pentru a crea un arc de sudare de la invertor este prezentată în fotografie.

Acestea includ procese efectuate de:

• redresor;

• filtru linia condensatorului;

• convertor de înaltă frecvență;

• transformator coborâtor de tensiune de înaltă frecvență;

• redresor de înaltă frecvență;

• schema de control.

Toate aceste dispozitive sunt amplasate pe placa din interiorul cutiei. Cu capacul scos, arată ceva ca ceea ce este arătat în imagine.

Redresor de tensiune de rețea

Este alimentat cu tensiune alternativă a unei rețele electrice staționare printr-un întrerupător manual situat pe corp. Este transformată printr-o punte de diodă într-o valoare pulsatorie. Toată energia arcului de sudare trece prin elementele semiconductoare ale acestui bloc. Prin urmare, ele sunt selectate cu marja necesară de tensiune și curent.

Pentru a îmbunătăți disiparea căldurii, ansamblul diodei, care este supus unei încălziri serioase în timpul funcționării, este montat pe radiatoare de răcire, care sunt suflate suplimentar de aerul furnizat de la ventilator.

Încălzirea punții de diode este controlată de un senzor de temperatură setat pe modul siguranță termică. Acesta, ca element de protecție, atunci când diodele sunt încălzite la +90 ОC, deschide circuitul de alimentare.

Filtru linie condensator

În paralel cu contactul de ieșire al redresorului, care creează o tensiune de ondulare, doi condensatori electrolitici puternici sunt conectați pentru a lucra împreună. Acestea netezesc fluctuațiile ondulației și sunt întotdeauna selectate cu o marjă de tensiune.Într-adevăr, chiar și în modul normal de filtrare, acesta crește de 1,41 ori și ajunge la 220 x 1,41 = 310 volți.

Din acest motiv, condensatoarele sunt selectate pentru o tensiune de funcționare de cel puțin 400 V. Capacitatea lor este calculată pentru fiecare structură în funcție de puterea curentului maxim de sudare. De obicei variază de la 470 microfarad sau mai mult pentru un singur condensator.

Filtru de interferență

Un invertor de sudură care funcționează convertește suficientă putere electrică pentru a provoca zgomot electromagnetic. In acest fel, interfereaza cu restul echipamentelor electrice conectate la retea. Pentru a le elimina la intrarea redresorului, setați filtru inductiv-capacitiv.

Scopul său este de a atenua perturbările de înaltă frecvență care provin de la un circuit de lucru către rețeaua de alimentare a altor consumatori de electricitate.

Invertor

Conversia tensiunii continue la frecvență înaltă se poate face după diferite principii.

În invertoarele de sudare, se găsesc cel mai adesea două tipuri de circuite care funcționează pe principiul „punte înclinată”:

• convertor de impulsuri semi-punte semi-punte;

• convertor de impulsuri full-bridge.

Figura prezintă o implementare a primului circuit.

Aici sunt folosite două comutatoare puternice cu tranzistori. Ele pot fi asamblate pe dispozitive semiconductoare în serie MOSFET sau IGBT.

MOSFET-urile în cascadă funcționează bine în invertoarele de joasă tensiune și, de asemenea, gestionează bine sarcinile de sudură. Pentru încărcare/descărcare rapidă de mare capacitate, au nevoie de un driver de împingere cu control al semnalului anti-fază pentru a încărca rapid condensatorii cu un tranzistor și scurtcircuitare la masă pentru a se descărca cu altul.

IGBT-urile bipolare câștigă popularitate în invertoarele de sudare.Pot transmite cu ușurință puteri mari cu tensiuni înalte, dar necesită algoritmi de control mai complecși.

Schema unui convertor de impulsuri pe jumătate de punte se găsește în construcțiile de invertoare de sudură din categoria de preț mediu. Are randament bun, este de incredere, formeaza un transformator impulsuri dreptunghiulare cu o frecvenţă mare de câteva zeci de kHz.

Convertorul de impulsuri cu punte completă este mai complex, include două tranzistoare suplimentare.

Profită din plin de toate posibilitățile unui transformator de înaltă frecvență cu comutatoare cu tranzistori care funcționează în perechi în modul a două punți oblice combinate.

Acest circuit este utilizat în cele mai puternice și scumpe invertoare de sudare.

Toate tranzistoarele cheie sunt instalate pe radiatoare puternice pentru a elimina căldura. În plus, acestea sunt protejate în continuare de posibilele vârfuri de tensiune prin amortizarea filtrelor RC.

Transformator de înaltă frecvență

Aceasta este o structură specială de transformator, de obicei dintr-un circuit magnetic de ferită, care scade tensiunea de înaltă frecvență după invertor cu pierderi minime până la o aprindere stabilă a arcului de aproximativ 60 - 70 volți.

Curenți mari de sudare de până la câteva sute de amperi curg în înfășurarea sa secundară. Astfel, la conversia vol. / H energie cu o valoare relativ mică a curentului și a tensiunii înalte în înfășurarea secundară, curenții de sudare se formează cu tensiune deja redusă.

Datorită utilizării frecvenței înalte și trecerii la un circuit magnetic de ferită, greutatea și dimensiunile transformatorului în sine sunt reduse semnificativ, pierderile de putere datorate inversării magnetismului fierului sunt reduse și eficiența este crescută.

De exemplu, un transformator de sudură de design vechi cu miez magnetic de fier, care asigură un curent de sudare de 160 de amperi, cântărește aproximativ 18 kg, iar unul de înaltă frecvență (cu aceleași caracteristici electrice) este puțin mai mic de 0,3 kilograme.

Avantajele în greutatea dispozitivului și, în consecință, în condițiile de lucru sunt evidente.

Redresor de ieșire

Se bazează pe o punte asamblată din diode speciale de mare viteză și foarte mare viteză, capabile să răspundă la curentul de înaltă frecvență — deschiderea și închiderea cu un timp de recuperare de aproximativ 50 de nanosecunde.

Diodele convenționale nu pot face față acestei sarcini. Durata tranzitoriului lor corespunde cu aproximativ jumătate din perioada armonicii sinusoidale a curentului, sau aproximativ 0,01 secunde. Din această cauză, se încălzesc și ard rapid.

Puntea diodelor de putere, ca și tranzistoarele transformatorului de înaltă tensiune, este plasată pe radiatoarele și protejată de un circuit RC de amortizare împotriva vârfurilor de tensiune.

Bornele de ieșire ale redresorului sunt realizate cu urechi groase de cupru pentru o conectare sigură a cablurilor de sudură la circuitul electrodului.

Caracteristicile schemei de control

Toate operațiunile invertorului de sudură sunt controlate și controlate de procesor prin feedback folosind diverși senzori.Acest lucru oferă parametrii de curent de sudare aproape ideali pentru îmbinarea tuturor tipurilor de metale.

Datorită sarcinilor dozate cu precizie, pierderile de energie în timpul sudării sunt reduse semnificativ.

Pentru a opera circuitul de control, o tensiune stabilă constantă este furnizată de la sursa de alimentare, care este conectată intern la circuitele de intrare de 220 V.Această tensiune vizează:

• ventilator de racire pentru radiatoare si placi;

• releu de pornire ușoară;

• Indicatoare LED;

• alimentarea microprocesorului și amplificatorului operațional.

Releul pentru invertorul de pornire ușoară este clar din nume. Funcționează pe următorul principiu: în momentul pornirii invertorului, condensatorii electrolitici ai filtrului de rețea încep să se încarce foarte puternic. Curentul lor de încărcare este foarte mare și poate deteriora diodele redresoare.

Pentru a preveni acest lucru, încărcarea este limitată de un rezistor puternic, care cu rezistența sa activă reduce curentul inițial de pornire. Când condensatoarele sunt încărcate și invertorul începe să funcționeze în modul de proiectare, releul de pornire ușoară se activează și prin contactele sale normal deschise manipulează acest rezistor, îndepărtându-l astfel din circuitele de stabilizare.

Aproape toată logica invertorului este închisă în interiorul controlerului cu microprocesor. Controlează funcționarea tranzistorilor puternici ai convertorului.

Protecția la supratensiune a tranzistorilor de putere porți și emițători se bazează pe utilizarea diodelor zener.

Un senzor este conectat la circuitul de înfășurare al transformatorului de înaltă frecvență - un transformator de curent, care cu circuitele sale secundare trimite un semnal proporțional în mărime și unghi pentru procesarea logică. În acest fel, puterea curenților de sudare este controlată pentru a-i afecta în timpul pornirii și funcționării invertorului.

Pentru a controla mărimea tensiunii de intrare la intrarea redresorului de rețea al aparatului, este conectat un microcircuit amplificator operațional.Analizează continuu semnalele de la protecția de tensiune și curent, determinând momentul unei situații de urgență când este necesară blocarea generatorului de funcționare și deconectarea invertorului de la sursa de alimentare.

Abaterile maxime ale tensiunii de alimentare sunt controlate de un comparator. Se declanșează atunci când sunt atinse valori critice de energie. Semnalul său este procesat secvenţial de elemente logice pentru a opri generatorul şi invertorul însuşi.

Pentru reglarea manuală a curentului arcului de sudare, se folosește un potențiometru de reglare, al cărui buton este scos pe corpul dispozitivului. Modificarea rezistenței permite utilizarea uneia dintre metodele de control, afectând:

• amplitudinea în / h tensiunea invertorului;

• frecvența impulsurilor de înaltă frecvență;

• durata pulsului.

Reguli de bază de funcționare și cauzele defecțiunilor invertoarelor de sudare

Respectul pentru echipamentele electronice complexe este întotdeauna cheia funcționării sale pe termen lung și fiabil. Dar, din păcate, nu toți utilizatorii aplică această prevedere în practică.

Invertoarele de sudură funcționează în atelierele de producție, pe șantierele de construcții sau sunt folosite de meșteri acasă în garaje personale sau cabane de vară.

Într-un mediu de producție, invertoarele suferă cel mai adesea din cauza prafului care se adună în interiorul cutiei. Sursele sale pot fi orice unelte sau mașini de prelucrare a metalelor, metale de prelucrare, beton, granit, cărămizi. Acest lucru este obișnuit mai ales atunci când lucrați cu polizoare, zidari, perforatoare...

Următorul motiv pentru defecțiunea care a apărut în timpul sudării este crearea unor sarcini nestandard pe circuitul electronic de către un sudor fără experiență.De exemplu, dacă încercați să tăiați armura frontală a unui turn de rezervor sau a unei șine de cale ferată cu un invertor de sudură de putere redusă, rezultatul unei astfel de lucrări este fără echivoc: arderea componentelor electronice IGBT sau MOSFET.

În interiorul circuitului de comandă funcționează un releu termic, care protejează împotriva creșterii treptate a sarcinilor termice, dar nu va avea timp să reacționeze la astfel de salturi rapide ale curenților de sudare.

Fiecare invertor de sudură este caracterizat de parametrul «PV» - durata pornirii în comparație cu durata pauzei de oprire, care este indicată în pașaportul tehnic. Nerespectarea acestor recomandări de fabrică duce la accidente inevitabile.

Tratamentul neglijent al dispozitivului poate fi exprimat în transportul sau transportul său slab, atunci când corpul este expus la șocuri mecanice externe sau vibrații ale cadrului unei mașini în mișcare.

Printre angajați, există cazuri de funcționare a invertoarelor cu semne evidente de defecțiuni care necesită îndepărtarea imediată, de exemplu, slăbirea contactelor care fixează cablurile de sudură în prizele carcasei. Și predarea echipamentelor scumpe personalului necalificat și slab instruit duce, de obicei, la accidente.

Acasă, scăderile de tensiune de alimentare apar adesea, în special în cooperativele de garaj, iar sudorul nu acordă atenție acestui lucru și încearcă să-și facă treaba mai repede, „strângând” tot ceea ce este capabil și incapabil de la invertor ...

Depozitarea pe timp de iarnă a echipamentelor electronice scumpe într-un garaj slab încălzit sau chiar într-un șopron duce la depunerea condensului din aer pe plăci, oxidarea contactelor, deteriorarea șinelor și alte daune interne.La fel, aceste dispozitive suferă de funcționare la temperaturi scăzute sub -15 grade sau precipitații atmosferice.

Transferul invertorului către un vecin pentru lucrări de sudare nu se termină întotdeauna cu un rezultat favorabil.

Cu toate acestea, statisticile generale ale atelierelor arată că pentru proprietarii privați, echipamentele de sudură funcționează mai mult și mai bine.

Defecte de design

Invertoarele de sudură din versiunile mai vechi au o fiabilitate mai scăzută transformatoare de sudare… Și designul lor modern, în special al modulelor IGBT, are deja parametri comparabili.

În timpul procesului de sudare, în interiorul carcasei se generează o cantitate mare de căldură. Sistemul folosit pentru îndepărtarea și răcirea plăcilor de circuite și a elementelor electronice chiar și la modelele de gamă medie nu este foarte eficient. Prin urmare, în timpul funcționării, este necesar să se observe întreruperi pentru a reduce temperatura pieselor și dispozitivelor interne.

Ca toate circuitele electronice, dispozitivele invertoare își pierd funcționalitatea cu umiditate ridicată și condens.

În ciuda includerii filtrelor de eliminare a zgomotului în design, interferența destul de semnificativă de înaltă frecvență pătrunde în circuitul de alimentare. Soluțiile tehnice care elimină această problemă complică semnificativ dispozitivul, ceea ce duce la o creștere bruscă a prețului tuturor echipamentelor.