Инверторни заваръчни машини

Огромният интерес и пикът на популярност, който се увеличи през последното десетилетие към новите конструкции на заваръчни машини, работещи на принципа на инверторите, се дължи на следните основни причини:

• повишено качество на шева;

• наличността на операции дори за начинаещи заварчици поради включването на комплекс от функции за горещ старт, анти залепване на електрода и дъговото горене;

• минимизиране на дизайна на заваръчното оборудване, осигуряване на неговата мобилност;

• значителни икономии на енергия в сравнение с трансформаторите.

Тези предимства станаха възможни поради промяна в подхода към технологията за създаване на заваръчна дъга върху електрод поради въвеждането на най -новите постижения на микропроцесорната технология.

Как са заваръчните инвертори

За захранването им се използва електричество 220 V 50 Hz, което идва от обикновен електрически контакт. (Апаратите, работещи в трифазна мрежа, използват подобни алгоритми.) Единственото ограничение, на което трябва да обърнете внимание, е консумацията на енергия на апарата. Тя не трябва да надвишава рейтинга на мрежовите защитни устройства и проводимите свойства на окабеляването.

Последователността на петте технологични цикъла, използвани за създаване на заваръчна дъга от инвертора, е показана на снимката.

Те включват процеси, извършвани от:

• токоизправител;

• филтър за кондензаторна линия;

• високочестотен преобразувател;

• понижаващ трансформатор с високочестотно напрежение;

• високочестотен токоизправител;

• схема за контрол.

Всички тези устройства са разположени на дъската вътре в кутията. С отстранения капак те изглеждат нещо като това, което е показано на снимката.

Токоизправител на мрежово напрежение

Към него се подава променливо напрежение на стационарна електрическа мрежа чрез ръчен превключвател, разположен на тялото. Той се преобразува чрез диоден мост в пулсираща стойност. Цялата енергия на заваръчната дъга преминава през полупроводниковите елементи на този блок. Следователно те се избират с необходимото запас от напрежение и ток.

За да се подобри разсейването на топлината, диодният възел, който е подложен на сериозно нагряване по време на работа, се монтира върху охлаждащи радиатори, които допълнително се издухват от подавания въздух от вентилатора.

Нагряването на диодния мост се контролира от температурен сензор, настроен на режим на термичен предпазител. Той, като елемент на защита, когато диодите се нагряват до +90ОC, отваря захранващата верига.

Линеен филтър на кондензатора

Паралелно с изходния контакт на токоизправителя, който създава вълново напрежение, два мощни електролитни кондензатора са свързани, за да работят заедно. Те изглаждат колебанията на пулсациите и винаги се избират с марж на напрежението. Наистина, дори и в нормален режим на филтъра, той се увеличава с 1,41 пъти и достига 220 x 1,41 = 310 волта.

Поради тази причина се избират кондензатори за работно напрежение най -малко 400 V. Техният капацитет се изчислява за всяка структура според мощността на максималния заваръчен ток. Обикновено тя варира от 470 микрофарада или повече за един кондензатор.

Филтър за смущения

Работещ заваръчен инвертор преобразува достатъчно голяма електрическа мощност, причинявайки електромагнитен шум. По този начин той пречи на останалото електрическо оборудване, свързано към мрежата. За да ги премахнете на входа на токоизправителя, задайте индуктивно-капацитивен филтър.

Неговата цел е да изглади високочестотните смущения, идващи от работна верига към захранващата мрежа на други електрически консуматори.

Инвертор

Преобразуването на директно напрежение във висока честота може да се извърши според различни принципи.

При заваръчните инвертори най -често се срещат два вида вериги, работещи на принципа на «коса мост»:

• полу-мостов полумостов импулсен преобразувател;

• пълномостов импулсен преобразувател.

На фигурата е показано изпълнение на първата верига.

Тук се използват два мощни транзисторни превключвателя. Те могат да бъдат сглобени на полупроводникови устройства от серията MOSFET или IGBT.

Каскадните MOSFET работят добре в инвертори с ниско напрежение и също така се справят добре със заваръчните товари. За бързо зареждане / разреждане с голям капацитет, те се нуждаят от бутащ драйвер с антифазен контрол на сигнала за бързо зареждане на кондензатори с един транзистор и късо съединение към земята за разреждане с друг.

Биполярните IGBT набират популярност в заваръчните преобразуватели. Те могат лесно да предават големи мощности с високо напрежение, но изискват по -сложни алгоритми за управление.

Схемата на наполовин мостов импулсен преобразувател се намира в конструкциите на инвертори за заваряване със средна ценова категория. Той има добра ефективност, надежден е, образува трансформатор правоъгълни импулси с висока честота от няколко десетки kHz.

Пълният мостов импулсен преобразувател е по -сложен, включва два допълнителни транзистора.

Той се възползва максимално от всички възможности на високочестотен трансформатор с транзисторни превключватели, работещи по двойки в режим на два комбинирани коси моста.

Тази схема се използва в най -мощните и скъпи инвертори за заваряване.

Всички ключови транзистори са инсталирани на мощни радиатори за отстраняване на топлината. Освен това те са допълнително защитени от евентуални скокове на напрежение чрез демпфиране на RC филтри.

Високочестотен трансформатор

Това е специална трансформаторна структура, обикновено на феритна магнитна верига, която понижава високочестотното напрежение след инвертора с минимални загуби до стабилно запалване на дъга от около 60 — 70 волта.

Във вторичната му намотка текат големи заваръчни токове до няколкостотин ампера. Така при преобразуване на об. / Ч енергия с относително ниска стойност на тока и високо напрежение във вторичната намотка се образуват токове за заваряване с вече намалено напрежение.

Поради използването на висока честота и прехода към феритна магнитна верига, теглото и размерите на самия трансформатор се намаляват значително, загубите на мощност поради обръщане на магнетизма на желязото се намаляват и ефективността се увеличава.

Например, заваръчен трансформатор от стар дизайн с желязна магнитна сърцевина, осигуряващ заваръчен ток от 160 ампера, има тегло около 18 кг, а високочестотен (със същите електрически характеристики) е малко по-малък от 0,3 килограма.

Предимствата в теглото на устройството и съответно в условията на работа са очевидни.

Изправител на изходна мощност

Той се основава на мост, сглобен от специални мощни диоди с много висока скорост, способен да реагира на високочестотен ток — отваряне и затваряне с време за възстановяване от около 50 наносекунди.

Конвенционалните диоди не могат да се справят с тази задача. Продължителността на техния преходен процес съответства на около половината от периода на синусоидалната хармоника на тока, или на около 0,01 секунди. Поради това те бързо се нагряват и изгарят.

Силовият диоден мост, подобно на транзисторите на трансформатора за високо напрежение, се поставя върху радиаторите за отстраняване на топлината и е защитен от демпфираща RC верига срещу скокове на напрежението.

Изходните клеми на токоизправителя са направени с дебели медни уши за сигурно свързване на заваръчните кабели към електродната верига.

Характеристики на схемата за управление

Всички операции на заваръчния инвертор се контролират и контролират от процесора чрез обратна връзка с помощта на различни сензори.Това осигурява почти идеални параметри на заваръчния ток за свързване на всички видове метали.

Благодарение на прецизно дозирани натоварвания загубите на енергия при заваряване са значително намалени.

За работа на управляващата верига се подава постоянно стабилизирано напрежение от захранването, което е вътрешно свързано към входните вериги 220 V. Това напрежение е насочено към:

• охлаждащ вентилатор за радиатори и дъски;

• реле за мек старт;

• LED индикатори;

• захранване на микропроцесора и операционния усилвател.

Реле за плавен старт инверторът е ясен от името. Той работи по следния принцип: в момента на включване на инвертора, електролитните кондензатори на мрежовия филтър започват да се зареждат много рязко. Техният заряден ток е много висок и може да повреди токоизправителните диоди.

За да се предотврати това, зарядът е ограничен от мощен резистор, който с активното си съпротивление намалява първоначалния пусков ток. Когато кондензаторите се заредят и инверторът започне да работи в проектния режим, релето за плавен старт се активира и чрез нормално отворените си контакти манипулира този резистор, като по този начин го отстранява от стабилизационните вериги.

Почти всички инверторна логика затворени вътре в микропроцесорния контролер. Той контролира работата на мощните транзистори на преобразувателя.

Защита от пренапрежение на силови транзистори на порта и излъчвател се основава на използването на ценерови диоди.

Към веригата на намотка на високочестотния трансформатор е свързан сензор — токов трансформатор, който със своите вторични вериги изпраща сигнал, пропорционален по величина и ъгъл за логическа обработка. По този начин силата на заваръчните токове се контролира да им повлияе при стартиране и работа на инвертора.

За да контролирате величината на входящото напрежение на входа на мрежовия токоизправител на апарата е свързана микросхема на операционен усилвател. Той непрекъснато анализира сигналите от защитата на напрежението и тока, определяйки момента на аварийна ситуация, при която е необходимо да блокира работещия генератор и да изключи инвертора от захранването.

Максимални отклонения на захранващото напрежение се контролира от компаратор. Тя се задейства, когато се достигнат критични енергийни стойности. Сигналът му се обработва последователно от логически елементи за изключване на генератора и самия инвертор.

За ръчна настройка на тока на заваръчната дъга се използва регулиращ потенциометър, копчето на което се извежда към тялото на устройството. Промяната на съпротивлението му позволява да се използва един от методите за контрол, засягащ:

• амплитуда в / ч напрежение на инвертора;

• честота на високочестотни импулси;

• продължителност на импулса.

Основни правила за работа и причини за повреди на заваръчните инвертори

Уважението към сложното електронно оборудване винаги е ключът към неговата дългосрочна и надеждна работа. Но, за съжаление, не всички потребители прилагат тази разпоредба на практика.

Заваръчните инвертори работят в производствени цехове, на строителни обекти или се използват от домашни занаятчии в лични гаражи или в летни вили.

В производствена среда най -често инверторите страдат от прах, който се събира вътре в кутията. Неговите източници могат да бъдат всякакви инструменти или металорежещи машини, обработващи метали, бетон, гранит, тухли. Това се проявява особено често при работа с шлифовъчни машини, стенаджии, перфоратори …

Следващата причина за повредата, възникнала по време на заваряването, е създаването на нестандартни натоварвания върху електронната верига от неопитен заварчик. Например, ако се опитате да отрежете челната броня на резервоарна кула или железопътна релса с заваръчен инвертор с ниска мощност, резултатът от такава работа е недвусмислено предвидим: изгаряне на IGBT или MOSFET електронни компоненти.

Вътре в управляващата верига работи термично реле, което предпазва от постепенно нарастващи топлинни натоварвания, но няма да има време да реагира на такива бързи скокове на заваръчни токове.

Всеки заваръчен инвертор се характеризира с параметъра «PV» — продължителността на включване спрямо продължителността на паузата на спирането, която е посочена в техническия паспорт. Неспазването на тези препоръки на растенията води до неизбежни сривове.

Небрежно отношение към устройството може да се изрази в неговия лош транспорт или транспорт, когато тялото е изложено на външни механични удари или вибрации на рамката на движеща се кола.

Сред служителите има случаи на работа на инвертори с очевидни признаци на неизправности, които изискват незабавно отстраняване, например разхлабване на контактите, които фиксират заваръчните кабели в гнездата на корпуса. А прехвърлянето на скъпо оборудване на неквалифициран и слабо обучен персонал също обикновено води до аварии.

Вкъщи често се получават падания на захранващото напрежение, особено в гаражните кооперации, а заварчикът не обръща внимание на това и се опитва да си свърши работата по -бързо, „изстисквайки“ всичко от инвертора, на което е способен и неспособен …

Зимното съхранение на скъпо електронно оборудване в лошо отопляем гараж или дори в навес води до отлагане на кондензат от въздуха върху дъските, окисляване на контактите, повреда на коловози и други вътрешни повреди. По същия начин тези устройства страдат от работа при ниски температури под -15 градуса или атмосферни валежи.

Прехвърлянето на инвертора на съсед за заваръчни работи не винаги завършва с благоприятен резултат.

Общата статистика на сервизите обаче показва, че за частните собственици заваръчното оборудване работи по -дълго и по -добре.

Недостатъци на дизайна

Заваръчните инвертори от по -стари версии са по -ниски по надеждност трансформатори за заваряване… А съвременният им дизайн, особено на IGBT модули, вече има сравними параметри.

По време на процеса на заваряване вътре в корпуса се генерира голямо количество топлина. Системата, използвана за отстраняването и охлаждането на платки и електронни елементи в модели дори от средния ценови клас, няма висока ефективност. Ето защо по време на работа е необходимо да се спазват прекъсвания за намаляване на температурата на вътрешните части и устройства.

Както всички електронни схеми, инверторните устройства губят своята функционалност с висока влажност и конденз.

Въпреки включването на филтри за премахване на шума в дизайна, доста значителни високочестотни смущения проникват в захранващата верига. Техническите решения, които елиминират този проблем, значително усложняват устройството, което води до рязко увеличение на цената на цялото оборудване.