Inverter svetsmaskiner

Det enorma intresset och toppen av popularitet som har ökat under det senaste decenniet i nya konstruktioner av svetsmaskiner som arbetar enligt principen om växelriktare beror på följande huvudorsaker:

• ökad sömkvalitet;

• tillgängligheten av operationer även för nybörjare på grund av införandet av ett komplex av funktioner för varmstart, anti-stickning av elektroden och bågbränning;

• minimera designen av svetsutrustning, säkerställa dess rörlighet;

• betydande energibesparingar jämfört med transformatorer.

Dessa fördelar blev möjliga på grund av en förändring i inställningen till tekniken för att skapa en svetsbåge på en elektrod på grund av införandet av de senaste framstegen inom mikroprocessorteknik.

Hur är svetsväxelriktare

De drivs av 220 V 50 Hz el, som kommer från ett vanligt eluttag. (Apparater som arbetar i ett trefasnätverk använder liknande algoritmer.) Den enda begränsningen du bör vara uppmärksam på är apparatens strömförbrukning.Det får inte överskrida märkvärdena för nätskyddsanordningarna och ledningarnas ledningsegenskaper.

Sekvensen av de fem tekniska cyklerna som används för att skapa en svetsbåge från växelriktaren visas på bilden.

Dessa inkluderar processer som utförs av:

• likriktare;

• kondensorledningsfilter;

• högfrekvensomvandlare;

• högfrekvent spänningstransformator;

• högfrekvent likriktare;

• kontrollschema.

Alla dessa enheter finns på tavlan inuti lådan. Med locket borttaget ser de ungefär ut som det som visas på bilden.

Nätspänningslikriktare

Den levereras med växelspänning från ett stationärt elektriskt nätverk genom en manuell strömbrytare placerad på kroppen. Den omvandlas av en diodbrygga till ett pulserande värde. All energi i svetsbågen passerar genom halvledarelementen i detta block. Därför väljs de med den nödvändiga marginalen för spänning och ström.

För att förbättra värmeavledningen är diodaggregatet, som utsätts för allvarlig uppvärmning under drift, monterat på kylradiatorer, som dessutom blåses av den tillförda luften från fläkten.

Uppvärmning av diodbryggor styrs av en temperatursensor inställd på värmesäkringsläge. Det, som ett skyddselement, när dioderna värms upp till +90 ОC, öppnar strömkretsen.

Kondensorledningsfilter

Parallellt med likriktarens utgångskontakt, som skapar en rippelspänning, är två kraftfulla elektrolytiska kondensatorer anslutna för att arbeta tillsammans. De jämnar ut rippelfluktuationer och väljs alltid med spänningsmarginal.Faktum är att även i normalt filterläge ökar den med 1,41 gånger och når 220 x 1,41 = 310 volt.

Av denna anledning väljs kondensatorer för en driftspänning på minst 400 V. Deras kapacitet beräknas för varje struktur enligt effekten av den maximala svetsströmmen. Det sträcker sig vanligtvis från 470 mikrofarad eller mer för en enskild kondensator.

Interferensfilter

En fungerande svetsväxelriktare omvandlar tillräckligt med elektrisk kraft för att orsaka elektromagnetiskt brus. På så sätt stör den resten av den elektriska utrustningen som är ansluten till nätverket. För att ta bort dem vid likriktaringången, ställ in induktivt-kapacitivt filter.

Dess syfte är att jämna ut högfrekventa störningar som kommer från en fungerande krets till andra elförbrukares elnät.

Inverter

Omvandlingen av likspänning till hög frekvens kan göras enligt olika principer.

I svetsväxelriktare finns oftast två typer av kretsar som fungerar enligt principen om "lutande brygga":

• halvbrygga halvbrygga pulsomvandlare;

• fullbrygga pulsomvandlare.

Figuren visar en implementering av den första kretsen.

Två kraftfulla transistoromkopplare används här. De kan monteras på seriehalvledarenheter MOSFET eller IGBT.

Kaskad MOSFETs fungerar bra i lågspänningsväxelriktare och hanterar även svetsbelastningar bra. För snabbladdning/urladdning med hög kapacitet behöver de en push-drivrutin med anti-fassignalkontroll till snabbladdningskondensatorer med en transistor och kort till jord för att ladda ur med en annan.

Bipolära IGBT blir allt populärare inom svetsväxelriktare.De kan enkelt överföra stora effekter med höga spänningar, men kräver mer komplexa styralgoritmer.

Schemat för en halvbrygga pulsomvandlare finns i konstruktionerna av svetsväxelriktare i mellanpriskategorin. Den har bra effektivitet, den är pålitlig, den bildar en transformator rektangulära pulser med en hög frekvens på flera tiotals kHz.

Den fullbrygga pulsomvandlaren är mer komplex, den innehåller två extra transistorer.

Den drar full nytta av alla möjligheter med en högfrekvenstransformator med transistoromkopplare som arbetar i par i läget för två kombinerade lutande bryggor.

Denna krets används i de mest kraftfulla och dyra svetsväxelriktarna.

Alla nyckeltransistorer är installerade på kraftfulla kylflänsar för att ta bort värme. Dessutom skyddas de ytterligare från eventuella spänningsspikar genom dämpande RC-filter.

Högfrekvent transformator

Detta är en speciell transformatorstruktur, vanligtvis av en ferritmagnetisk krets, som trappar ner högfrekvensspänningen efter växelriktaren med minimala förluster till en stabil ljusbågtändning på cirka 60 — 70 volt.

Stora svetsströmmar på upp till flera hundra ampere flyter i dess sekundärlindning. Sålunda, vid omvandling av vol. / H energi med ett relativt lågt värde av ström och hög spänning i sekundärlindningen, svetsströmmar bildas med redan reducerad spänning.

På grund av användningen av hög frekvens och övergången till en ferritmagnetisk krets minskar själva transformatorns vikt och dimensioner avsevärt, effektförluster på grund av omkastning av järnmagnetism minskas och effektiviteten ökas.

Till exempel väger en svetstransformator av gammal design med en magnetisk järnkärna, som ger en svetsström på 160 ampere, cirka 18 kg, och en högfrekvent (med samma elektriska egenskaper) är något mindre än 0,3 kg.

Fördelarna i anordningens vikt och följaktligen i arbetsförhållandena är uppenbara.

Effektutgående likriktare

Den är baserad på en brygga sammansatt av speciella höghastighetsdioder med mycket hög hastighet som kan reagera på högfrekvent ström — öppnas och stängs med en återhämtningstid på cirka 50 nanosekunder.

Konventionella dioder klarar inte denna uppgift. Varaktigheten av deras transient motsvarar ungefär halva perioden av strömmens sinusformade överton, eller ungefär 0,01 sekunder. På grund av detta värms de snabbt upp och brinner.

Effektdiodbryggan, liksom högspänningstransistorns transistorer, placeras på kylflänsarna och skyddas av en dämpande RC-krets mot spänningsspikar.

Likriktarens utgångsterminaler är gjorda med tjocka kopparöglor för säker anslutning av svetskablarna till elektrodkretsen.

Egenskaper för kontrollschemat

All drift av svetsomriktaren styrs och styrs av processorn genom återkoppling med olika sensorer, vilket ger nästan idealiska svetsströmsparametrar för sammanfogning av alla typer av metaller.

Tack vare exakt doserade belastningar minskar energiförlusterna vid svetsning avsevärt.

För att driva styrkretsen tillförs en konstant stabiliserad spänning från strömförsörjningen, som är internt ansluten till 220 V-ingångskretsarna.Denna spänning syftar till:

• kylfläkt för radiatorer och skivor;

• mjukstartsrelä;

• LED-indikatorer;

• strömförsörjning till mikroprocessorn och operationsförstärkaren.

Relä för mjukstartsväxelriktare framgår tydligt av namnet. Det fungerar enligt följande princip: i ögonblicket när växelriktaren slås på börjar nätverksfiltrets elektrolytiska kondensatorer laddas mycket kraftigt. Deras laddningsström är mycket hög och kan skada likriktardioderna.

För att förhindra detta begränsas laddningen av ett kraftfullt motstånd, som med sitt aktiva motstånd minskar den initiala startströmmen. När kondensatorerna är laddade och växelriktaren börjar arbeta i designläget, aktiveras mjukstartsreläet och genom sina normalt öppna kontakter manipulerar detta motstånd och tar därigenom bort det från stabiliseringskretsarna.

Nästan all inverterlogik är innesluten inuti mikroprocessorstyrenheten. Den styr driften av omvandlarens kraftfulla transistorer.

Överspänningsskydd för gate- och emittereffekttransistorer är baserat på användningen av zenerdioder.

En sensor är ansluten till högfrekvenstransformatorns lindningskrets - en strömtransformator, som med sina sekundära kretsar skickar en signal proportionell i storlek och vinkel för logisk bearbetning. På så sätt styrs styrkan på svetsströmmarna för att påverka dem under uppstart och drift av växelriktaren.

För att styra storleken på inspänningen vid ingången till apparatens nätlikriktare är en operationsförstärkarmikrokrets ansluten.Den analyserar kontinuerligt signalerna från spännings- och strömskyddet och bestämmer ögonblicket för en nödsituation när det är nödvändigt att blockera driftgeneratorn och koppla bort växelriktaren från strömförsörjningen.

Maximala avvikelser i matningsspänningen styrs av en komparator. Den utlöses när kritiska energivärden nås. Dess signal bearbetas sekventiellt av logiska element för att stänga av generatorn och själva växelriktaren.

För manuell justering av svetsbågens ström används en justeringspotentiometer, vars ratt förs ut till enhetens kropp. Genom att ändra dess motstånd kan en av kontrollmetoderna användas, vilket påverkar:

• amplitud in / h spänning för omriktaren;

• frekvens av högfrekventa pulser;

• Pulsvaraktighet.

Grundläggande regler för drift och orsaker till fel på svetsomriktare

Respekt för komplex elektronisk utrustning är alltid nyckeln till dess långsiktiga och tillförlitliga drift. Men tyvärr tillämpar inte alla användare denna bestämmelse i praktiken.

Svetsväxelriktare arbetar i produktionsverkstäder, på byggarbetsplatser eller används av hemhantverkare i personliga garage eller sommarstugor.

I en produktionsmiljö lider växelriktare oftast av damm som samlas inuti lådan. Dess källor kan vara alla verktyg eller metallbearbetningsmaskiner, bearbetning av metaller, betong, granit, tegel. Detta är särskilt vanligt när man arbetar med slipmaskiner, murare, perforatorer...

Nästa orsak till felet som inträffade under svetsning är skapandet av icke-standardiserade belastningar på den elektroniska kretsen av en oerfaren svetsare.Till exempel, om du försöker skära av frontpansringen på ett tanktorn eller järnvägsskena med en svetsväxelriktare med låg effekt, är resultatet av sådant arbete otvetydigt förutsägbart: bränning av IGBT- eller MOSFET-elektronikkomponenter.

Inuti styrkretsen fungerar ett termiskt relä, som skyddar mot gradvis ökande termiska belastningar, men det kommer inte att ha tid att reagera på så snabba hopp i svetsströmmar.

Varje svetsomriktare kännetecknas av parametern «PV» - varaktigheten för påslagning jämfört med varaktigheten av stopppausen, som anges i det tekniska passet. Underlåtenhet att följa dessa anläggningsrekommendationer leder till oundvikliga krascher.

Slarvig behandling av anordningen kan uttryckas i dess dåliga transport eller transport, när kroppen utsätts för yttre mekaniska stötar eller vibrationer från ramen på en bil i rörelse.

Bland de anställda finns det fall av drift av växelriktare med uppenbara tecken på funktionsfel som kräver omedelbar borttagning, till exempel lossning av kontakterna som fixerar svetskablarna i husets uttag. Och att överlämna dyr utrustning till okvalificerad och dåligt utbildad personal brukar också leda till olyckor.

Hemma inträffar ofta matningsspänningsfall, särskilt i garagekooperativ, och svetsaren uppmärksammar inte detta och försöker göra sitt arbete snabbare, "pressa" allt han kan och inte kan från växelriktaren ...

Vinterförvaring av dyr elektronisk utrustning i ett dåligt uppvärmt garage eller till och med i ett skjul leder till avsättning av kondensat från luften på skivorna, oxidation av kontakter, skador på spår och andra inre skador.Likaså lider dessa enheter av drift i låga temperaturer under -15 grader eller atmosfärisk nederbörd.

Att överföra växelriktaren till en granne för svetsarbete slutar inte alltid med ett gynnsamt resultat.

Den allmänna statistiken över verkstäder visar dock att för privata ägare fungerar svetsutrustning längre och bättre.

Designbrister

Svetsväxelriktare från äldre versioner har lägre tillförlitlighet svetstransformatorer… Och deras moderna design, särskilt av IGBT-moduler, har redan jämförbara parametrar.

Under svetsprocessen genereras en stor mängd värme inuti huset. Systemet som används för att ta bort och kyla kretskort och elektroniska element även i mellanklassmodeller är inte särskilt effektivt. Därför är det nödvändigt att observera avbrott under drift för att minska temperaturen på interna delar och enheter.

Liksom alla elektroniska kretsar förlorar inverterenheter sin funktionalitet med hög luftfuktighet och kondens.

Trots införandet av brusreducerande filter i designen, penetrerar ganska betydande högfrekventa störningar kraftkretsen. Tekniska lösningar som eliminerar detta problem komplicerar enheten avsevärt, vilket leder till en kraftig ökning av priset på all utrustning.