Инвертерске машине за заваривање

Огромно интересовање и врхунац популарности који је порастао у последњој деценији за нове дизајне апарата за заваривање који раде на принципу инвертера су последица следећих главних разлога:

• повећан квалитет шавова;

• доступност операција чак и за почетнике завариваче због укључивања комплекса функција за врући старт, против лепљења електроде и сагоревања лука;

• минимизирање дизајна опреме за заваривање, обезбеђивање њене мобилности;

• значајне уштеде енергије у поређењу са трансформаторима.

Ове предности су постале могуће због промене приступа технологији стварања лука за заваривање на електроди услед увођења најновијих достигнућа у микропроцесорској технологији.

Како су инвертори за заваривање

Напајају се струјом од 220 В 50 Хз, која долази из обичне електричне утичнице. (Апарати који раде у трофазној мрежи користе сличне алгоритме.) Једино ограничење на које треба обратити пажњу је потрошња енергије апарата.Не сме да пређе оцену заштитних уређаја мреже и проводних својстава ожичења.

На фотографији је приказан редослед пет технолошких циклуса који се користе за стварање лука заваривања из инвертера.

То укључује процесе које обављају:

• исправљач;

• филтер линије кондензатора;

• високофреквентни претварач;

• високофреквентни напонски опадајући трансформатор;

• високофреквентни исправљач;

• контролна шема.

Сви ови уређаји се налазе на плочи унутар кутије. Са уклоњеним поклопцем изгледају отприлике као што је приказано на слици.

Исправљач мрежног напона

Напаја се наизменичним напоном стационарне електричне мреже преко ручног прекидача који се налази на телу. Диодним мостом се претвара у пулсирајућу вредност. Сва енергија лука за заваривање пролази кроз полупроводничке елементе овог блока. Због тога се бирају са потребном маргином напона и струје.

Да би се побољшало расипање топлоте, диодни склоп, који је током рада подвргнут озбиљном загревању, монтира се на радијаторе за хлађење, који се додатно издувавају доведеним ваздухом из вентилатора.

Грејање диодног моста контролише температурни сензор постављен на режим термичког осигурача. Он, као заштитни елемент, када се диоде загреју на +90 ОЦ, отвара струјни круг.

Филтер линије кондензатора

Паралелно са излазним контактом исправљача, који ствара таласни напон, два моћна електролитичка кондензатора су повезана да раде заједно. Они изглађују таласне флуктуације и увек се бирају са маргином напона.Заиста, чак иу нормалном режиму филтера, он се повећава за 1,41 пута и достиже 220 к 1,41 = 310 волти.

Из тог разлога, кондензатори се бирају за радни напон од најмање 400 В. Њихов капацитет се израчунава за сваку структуру према снази максималне струје заваривања. Обично се креће од 470 микрофарада или више за један кондензатор.

Интерферентни филтер

Радни инвертер за заваривање претвара довољно електричне енергије да изазове електромагнетни шум. На овај начин омета осталу електричну опрему прикључену на мрежу. Да бисте их уклонили на улазу исправљача, подесите индуктивно-капацитивни филтер.

Његова сврха је да изглади високофреквентне сметње које долазе из радног кола у струјну мрежу других електричних потрошача.

Инвертер

Претварање једносмерног напона у високу фреквенцију може се извршити по различитим принципима.

У инверторима за заваривање најчешће се налазе два типа кола која раде по принципу "косог моста":

• полумосни полумосни импулсни претварач;

• пуномостни импулсни претварач.

На слици је приказана имплементација првог кола.

Овде се користе два моћна транзисторска прекидача. Могу се монтирати на серијске полупроводничке уређаје МОСФЕТ или ИГБТ.

Каскадни МОСФЕТ-ови добро функционишу у нисконапонским претварачима и такође добро подносе оптерећења заваривања. За брзо пуњење/пражњење великог капацитета, потребан им је драјвер са антифазном контролом сигнала за брзо пуњење кондензатора са једним транзистором и кратким спојем на масу за пражњење са другим.

Биполарни ИГБТ-ови постају све популарнији у инверторима за заваривање.Они могу лако да преносе велике снаге са високим напонима, али захтевају сложеније алгоритме управљања.

Шема полумостног импулсног претварача налази се у конструкцијама инвертера за заваривање средње категорије цена. Има добру ефикасност, поуздан је, формира трансформатор правоугаони импулси са високом фреквенцијом од неколико десетина кХз.

Пуни мостни импулсни претварач је сложенији, укључује два додатна транзистора.

У потпуности искориштава све могућности високофреквентног трансформатора са транзисторским прекидачима који раде у пару у режиму два комбинована нагнута моста.

Ово коло се користи у најмоћнијим и најскупљим инверторима за заваривање.

Сви кључни транзистори су инсталирани на моћне хладњаке за уклањање топлоте. Осим тога, додатно су заштићени од могућих скокова напона пригушењем РЦ филтера.

Високофреквентни трансформатор

Ово је специјална трансформаторска структура, обично од феритног магнетног кола, која спушта високофреквентни напон после инвертора са минималним губицима до стабилног паљења лука од око 60—70 волти.

У његовом секундарном намотају теку велике струје заваривања до неколико стотина ампера. Дакле, приликом претварања књ. / Х енергије са релативно ниском вредношћу струје и високим напоном у секундарном намотају, струје заваривања се формирају са већ смањеним напоном.

Због употребе високе фреквенције и преласка на феритно магнетно коло, тежина и димензије самог трансформатора су значајно смањене, губици снаге услед преокретања магнетизма гвожђа и повећана ефикасност.

На пример, трансформатор за заваривање старог дизајна са гвозденим магнетним језгром, који обезбеђује струју заваривања од 160 ампера, тежи око 18 кг, а високофреквентни (са истим електричним карактеристикама) је нешто мањи од 0,3 килограма.

Предности у тежини уређаја и, сходно томе, у условима рада су очигледне.

Излазни исправљач

Заснован је на мосту састављеном од специјалних брзих, веома брзих диода способних да реагују на струју високе фреквенције — отварање и затварање са временом опоравка од око 50 наносекунди.

Конвенционалне диоде не могу се носити са овим задатком. Трајање њиховог прелазног стања одговара отприлике половини периода синусоидног хармоника струје, односно око 0,01 секунде. Због тога се брзо загревају и сагоревају.

Мост енергетских диода, као и транзистори високонапонског трансформатора, постављен је на хладњаке и заштићен пригушним РЦ кругом од напона.

Излазни терминали исправљача су направљени са дебелим бакарним папучицама за сигурну везу каблова за заваривање у коло електроде.

Карактеристике контролне шеме

Све операције инвертера за заваривање контролише и контролише процесор путем повратне спреге помоћу различитих сензора, што обезбеђује скоро идеалне параметре струје заваривања за спајање свих врста метала.

Захваљујући прецизно дозираним оптерећењима, губици енергије током заваривања су значајно смањени.

За рад управљачког кола, константни стабилизовани напон се напаја из извора напајања, који је интерно повезан са улазним круговима од 220 В.Ова напетост је усмерена на:

• вентилатор за хлађење радијатора и плоча;

• релеј за меки старт;

• ЛЕД индикатори;

• напајање микропроцесора и операционог појачавача.

Релеј за софт старт инвертер је јасан из назива. Ради на следећем принципу: у тренутку укључивања претварача, електролитски кондензатори мрежног филтера почињу да се пуне веома оштро. Њихова струја пуњења је веома висока и може оштетити исправљачке диоде.

Да би се ово спречило, пуњење је ограничено снажним отпорником, који својим активним отпором смањује почетну ударну струју. Када се кондензатори напуне и претварач почне да ради у пројектованом режиму, релеј за меки старт се активира и преко својих нормално отворених контаката манипулише овим отпорником, чиме га уклања из стабилизационих кола.

Скоро сва логика претварача је затворена унутар микропроцесорског контролера. Он контролише рад моћних транзистора претварача.

Пренапонска заштита транзистора снаге гејта и емитера заснива се на употреби зенер диода.

На коло за намотаје високофреквентног трансформатора - струјни трансформатор је повезан сензор, који својим секундарним колима шаље сигнал пропорционалан по величини и углу за логичку обраду. На овај начин се контролише јачина струја заваривања како би на њих деловала током покретања и рада инвертора.

За контролу величине улазног напона на улазу мрежног исправљача апарата, прикључено је микроколо оперативног појачала.Континуирано анализира сигнале напонске и струјне заштите, одређујући тренутак ванредне ситуације када је потребно блокирати радни генератор и искључити претварач из напајања.

Максимална одступања напона напајања контролишу се компаратором. Покреће се када се достигну критичне вредности енергије. Његов сигнал се секвенцијално обрађује логичким елементима да би се искључио генератор и сам претварач.

За ручно подешавање струје лука заваривања користи се потенциометар за подешавање, чији се дугме извлачи на тело уређаја. Промена његовог отпора омогућава да се користи једна од метода контроле, која утиче на:

• амплитуда у / х напона претварача;

• фреквенција високофреквентних импулса;

• трајање пулса.

Основна правила рада и узроци кварова инвертера за заваривање

Поштовање сложене електронске опреме је увек кључ њеног дуготрајног и поузданог рада. Али, нажалост, не примењују сви корисници ову одредбу у пракси.

Инвертори за заваривање раде у производним радионицама, на градилиштима или их користе домаћи мајстори у личним гаражама или викендицама.

У производном окружењу, инвертори најчешће пате од прашине која се скупља унутар кутије. Његови извори могу бити било који алат или машине за обраду метала, обрада метала, бетона, гранита, цигле. Ово је нарочито уобичајено када се ради са брусилицама, зидарима, перфораторима...

Следећи разлог квара који је настао током заваривања је стварање нестандардних оптерећења на електронском колу од стране неискусног заваривача.На пример, ако покушате да исечете предњи оклоп торња резервоара или железничке шине са претварачем за заваривање мале снаге, резултат таквог рада је недвосмислено предвидљив: сагоревање ИГБТ или МОСФЕТ електронских компоненти.

Унутар контролног кола ради термални релеј који штити од постепеног повећања топлотних оптерећења, али неће имати времена да реагује на тако брзе скокове струје заваривања.

Сваки инвертор за заваривање карактерише параметар «ПВ» - трајање укључивања у поређењу са трајањем паузе заустављања, што је назначено у техничком пасошу. Непоштовање ових препорука постројења доводи до неизбежних падова.

Непажљиво поступање према уређају може се изразити у његовом лошем транспорту или транспорту, када је тело изложено спољним механичким ударима или вибрацијама рама аутомобила у покрету.

Међу запосленима постоје случајеви рада претварача са очигледним знацима кварова који захтевају хитно уклањање, на пример, отпуштање контаката који фиксирају каблове за заваривање у утичницама кућишта. А предаја скупе опреме неквалификованом и лоше обученом особљу такође обично доводи до несрећа.

Код куће се често дешавају падови напона напајања, посебно у гаражним задругама, а заваривач се на то не обазире и труди се да брже ради свој посао, „исцеђујући“ све што је способан и неспособан из претварача...

Зимско складиштење скупе електронске опреме у лоше загрејаној гаражи или чак у шупи доводи до таложења кондензата из ваздуха на плоче, оксидације контаката, оштећења шина и других унутрашњих оштећења.Исто тако, ови уређаји трпе рад на ниским температурама испод -15 степени или атмосферским падавинама.

Преношење претварача код суседа за заваривање не завршава се увек са повољним резултатом.

Међутим, општа статистика радионица показује да код приватника опрема за заваривање ради дуже и боље.

Недостаци дизајна

Инвертори за заваривање старијих верзија су нижи у поузданости трансформатори за заваривање… А њихов модеран дизајн, посебно ИГБТ модула, већ има упоредиве параметре.

Током процеса заваривања, унутар кућишта се ствара велика количина топлоте. Систем који се користи за уклањање и хлађење плоча и електронских елемената чак и код модела средње класе није веома ефикасан. Због тога је током рада неопходно посматрати прекиде како би се смањила температура унутрашњих делова и уређаја.

Као и сва електронска кола, инвертерски уређаји губе своју функционалност са високом влажношћу и кондензацијом.

Упркос укључивању филтера за уклањање буке у дизајн, прилично значајне сметње високе фреквенције продиру у струјни круг. Техничка решења која елиминишу овај проблем значајно компликују уређај, што доводи до наглог повећања цене целокупне опреме.