Inverterski varilni stroji

Ogromno zanimanje in vrhunec priljubljenosti, ki se je v zadnjem desetletju povečal za nove modele varilnih strojev, ki delujejo na principu inverterjev, je posledica naslednjih glavnih razlogov:

• povečana kakovost šivov;

• razpoložljivost operacij tudi za začetnike varilcev zaradi vključitve kompleksa funkcij za vroč zagon, preprečevanje lepljenja elektrode in gorenje obloka;

• zmanjšanje zasnove varilne opreme, zagotavljanje njene mobilnosti;

• znatni prihranki energije v primerjavi s transformatorji.

Te prednosti so postale možne zaradi spremembe pristopa k tehnologiji ustvarjanja varilnega obloka na elektrodi zaradi uvedbe najnovejših dosežkov mikroprocesorske tehnologije.

Kako so varilni inverterji

Napajajo se z električno energijo 220 V 50 Hz, ki prihaja iz navadne električne vtičnice. (Aparati, ki delujejo v trifaznem omrežju, uporabljajo podobne algoritme.) Edina omejitev, na katero morate biti pozorni, je poraba energije aparata.Ne sme preseči vrednosti omrežnih zaščitnih naprav in prevodnih lastnosti ožičenja.

Zaporedje petih tehnoloških ciklov, ki se uporabljajo za ustvarjanje varilnega obloka iz pretvornika, je prikazano na fotografiji.

Ti vključujejo postopke, ki jih izvajajo:

• usmernik;

• linijski filter kondenzatorja;

• visokofrekvenčni pretvornik;

• visokofrekvenčni napetostni padajoči transformator;

• visokofrekvenčni usmernik;

• nadzorna shema.

Vse te naprave se nahajajo na plošči znotraj škatle. Z odstranjenim pokrovom izgledajo nekako tako, kot je prikazano na sliki.

Omrežni usmernik napetosti

Napaja se z izmenično napetostjo stacionarnega električnega omrežja preko ročnega stikala na ohišju. Pretvori ga diodni most v pulzirajočo vrednost. Vsa energija varilnega obloka prehaja skozi polprevodniške elemente tega bloka. Zato so izbrani s potrebno rezervo napetosti in toka.

Za izboljšanje odvajanja toplote je diodni sklop, ki je med delovanjem močno segret, nameščen na hladilne radiatorje, ki jih dodatno piha dovedeni zrak iz ventilatorja.

Ogrevanje diodnega mostu nadzira temperaturni senzor, nastavljen na način termične varovalke. Kot zaščitni element, ko se diode segrejejo na +90 ОC, odpre napajalni tokokrog.

Filter kondenzatorske linije

Vzporedno z izhodnim kontaktom usmernika, ki ustvarja valovno napetost, sta za skupno delovanje povezana dva močna elektrolitska kondenzatorja. Zgladijo nihanja valovanja in so vedno izbrani z rezervo napetosti.Dejansko se celo v običajnem načinu filtra poveča za 1,41-krat in doseže 220 x 1,41 = 310 voltov.

Iz tega razloga so kondenzatorji izbrani za delovno napetost najmanj 400 V. Njihova zmogljivost se izračuna za vsako konstrukcijo glede na moč največjega varilnega toka. Običajno znaša od 470 mikrofaradov ali več za en kondenzator.

Interferenčni filter

Delujoč varilni pretvornik pretvori dovolj električne energije, da povzroči elektromagnetni šum. Na ta način moti ostalo električno opremo, ki je priključena na omrežje. Če jih želite odstraniti na vhodu usmernika, nastavite induktivno-kapacitivni filter.

Njegov namen je izravnati visokofrekvenčne motnje, ki prihajajo iz delovnega kroga v električno omrežje drugih porabnikov električne energije.

Inverter

Pretvorbo enosmerne napetosti v visokofrekvenčno lahko izvedemo po različnih principih.

V varilnih pretvornikih najpogosteje najdemo dve vrsti tokokrogov, ki delujejo na principu "poševnega mostu":

• polmostni polmostni impulzni pretvornik;

• impulzni pretvornik s polnim mostom.

Slika prikazuje izvedbo prvega vezja.

Tu sta uporabljeni dve močni tranzistorski stikali. Lahko jih sestavimo na serijske polprevodniške naprave MOSFET ali IGBT.

Kaskadni MOSFET-ji dobro delujejo v nizkonapetostnih pretvornikih in dobro prenašajo tudi varilne obremenitve. Za visokozmogljivo hitro polnjenje/praznjenje potrebujejo potisni gonilnik s krmiljenjem protifaznega signala za hitro polnjenje kondenzatorjev z enim tranzistorjem in kratko povezavo z maso za praznjenje z drugim.

Bipolarni IGBT postajajo vse bolj priljubljeni pri varilnih inverterjih.Z lahkoto prenašajo velike moči z visokimi napetostmi, vendar zahtevajo bolj zapletene krmilne algoritme.

Shema polmostnega impulznega pretvornika najdemo v konstrukcijah varilnih pretvornikov srednje cenovne kategorije. Ima dober izkoristek, je zanesljiv, tvori transformator pravokotne impulze z visoko frekvenco nekaj deset kHz.

Impulzni pretvornik polnega mostu je bolj zapleten, vključuje dva dodatna tranzistorja.

V celoti izkorišča vse možnosti visokofrekvenčnega transformatorja s tranzistorskimi stikali, ki delujejo v parih v načinu dveh kombiniranih poševnih mostov.

To vezje se uporablja v najmočnejših in najdražjih varilnih pretvornikih.

Vsi ključni tranzistorji so nameščeni na močnih hladilnikih za odvajanje toplote. Poleg tega so z dušilnimi RC filtri dodatno zaščiteni pred morebitnimi napetostnimi konicami.

Visokofrekvenčni transformator

To je posebna transformatorska struktura, običajno iz feritnega magnetnega vezja, ki z minimalnimi izgubami zniža visokofrekvenčno napetost po pretvorniku do stabilnega vžiga obloka približno 60 - 70 voltov.

V njegovem sekundarnem navitju tečejo veliki varilni tokovi do nekaj sto amperov. Tako pri pretvorbi vol. / H energije z relativno nizko vrednostjo toka in visoko napetostjo v sekundarnem navitju, varilni tokovi nastanejo z že zmanjšano napetostjo.

Zaradi uporabe visoke frekvence in prehoda na feritni magnetni tokokrog se bistveno zmanjša teža in dimenzije samega transformatorja, zmanjšajo se izgube moči zaradi obrata magnetizma železa in poveča učinkovitost.

Na primer, varilni transformator starega dizajna z železnim magnetnim jedrom, ki zagotavlja varilni tok 160 amperov, tehta približno 18 kg, visokofrekvenčni (z enakimi električnimi lastnostmi) pa nekaj manj kot 0,3 kilograma.

Prednosti v teži naprave in s tem v delovnih pogojih so očitne.

Izhodni usmernik

Temelji na mostu, sestavljenem iz posebnih hitrih, zelo hitrih diod, ki se lahko odzivajo na visokofrekvenčni tok – odpiranje in zapiranje s časom obnovitve približno 50 nanosekund.

Konvencionalne diode se ne morejo spopasti s to nalogo. Trajanje njihovega prehodnega stanja ustreza približno polovici obdobja sinusnega harmonika toka ali približno 0,01 sekunde. Zaradi tega se hitro segrejejo in gorijo.

Močnostni diodni most je tako kot tranzistorji visokonapetostnega transformatorja nameščen na hladilnih odvodih in zaščiten z dušilnim RC vezjem pred napetostnimi konicami.

Izhodne sponke usmernika so izdelane z debelimi bakrenimi ušesi za varno povezavo varilnih kablov z elektrodnim tokokrogom.

Značilnosti krmilne sheme

Vse operacije varilnega inverterja krmili in krmili procesor preko povratnih informacij z različnimi senzorji, kar zagotavlja skoraj idealne parametre varilnega toka za spajanje vseh vrst kovin.

Zahvaljujoč natančno odmerjenim obremenitvam so izgube energije pri varjenju znatno zmanjšane.

Za delovanje krmilnega vezja se iz napajalnika napaja konstantna stabilizirana napetost, ki je interno povezana z vhodnimi tokokrogi 220 V.Ta napetost je namenjena:

• hladilni ventilator za radiatorje in plošče;

• rele za mehak zagon;

• LED indikatorji;

• napajanje mikroprocesorja in operacijskega ojačevalnika.

Rele za pretvornik z mehkim zagonom je razviden iz imena. Deluje po naslednjem principu: v trenutku vklopa pretvornika se začnejo elektrolitski kondenzatorji omrežnega filtra zelo močno polniti. Njihov polnilni tok je zelo visok in lahko poškoduje usmerniške diode.

Da bi to preprečili, je naboj omejen z močnim uporom, ki s svojim aktivnim uporom zmanjša začetni udarni tok. Ko se kondenzatorji napolnijo in pretvornik začne delovati v načrtovalnem načinu, se aktivira rele za mehki zagon in prek svojih normalno odprtih kontaktov manipulira s tem uporom in ga tako odstrani iz stabilizacijskih tokokrogov.

Skoraj vsa logika pretvornika je zaprta znotraj mikroprocesorskega krmilnika. Nadzoruje delovanje močnih tranzistorjev pretvornika.

Prenapetostna zaščita močnostnih tranzistorjev vrat in emiterja temelji na uporabi zener diod.

Na navitno vezje visokofrekvenčnega transformatorja je priključen senzor - tokovni transformator, ki s svojimi sekundarnimi vezji oddaja po velikosti in kotu sorazmeren signal za logično obdelavo. Na ta način se nadzoruje jakost varilnih tokov, ki vplivajo nanje med zagonom in delovanjem pretvornika.

Za nadzor velikosti vhodne napetosti na vhodu omrežnega usmernika aparata je priključeno mikrovezje operacijskega ojačevalnika.Nenehno analizira signale iz napetostne in tokovne zaščite, določa trenutek izredne situacije, ko je treba blokirati delujoči generator in odklopiti pretvornik iz napajanja.

Največja odstopanja napajalne napetosti se nadzorujejo s primerjalnikom. Sproži se, ko so dosežene kritične vrednosti energije. Njegov signal zaporedno obdelajo logični elementi za izklop generatorja in samega pretvornika.

Za ročno nastavitev toka varilnega obloka se uporablja nastavitveni potenciometer, katerega gumb je izvlečen na telo naprave. Spreminjanje njegove odpornosti omogoča uporabo ene od metod nadzora, ki vpliva na:

• amplituda v / h napetosti pretvornika;

• frekvenca visokofrekvenčnih impulzov;

• trajanje impulza.

Osnovna pravila delovanja in vzroki okvar varilnih pretvornikov

Spoštovanje kompleksne elektronske opreme je vedno ključ do njenega dolgoročnega in zanesljivega delovanja. Toda na žalost vsi uporabniki te določbe v praksi ne uporabljajo.

Varilni pretvorniki delujejo v proizvodnih delavnicah, na gradbiščih ali jih uporabljajo domači obrtniki v osebnih garažah ali poletnih kočah.

V proizvodnem okolju pretvorniki najpogosteje trpijo zaradi prahu, ki se nabira v škatli. Njegovi viri so lahko katero koli orodje ali stroji za obdelavo kovin, obdelavo kovin, betona, granita, opeke. To je še posebej pogosto pri delu z brusilniki, zidarji, luknjači...

Naslednji razlog za okvaro, ki je nastala med varjenjem, je ustvarjanje nestandardnih obremenitev na elektronskem vezju s strani neizkušenega varilca.Na primer, če poskušate rezati čelni oklep tankovskega stolpa ali železniške tirnice z varilnim pretvornikom majhne moči, je rezultat takšnega dela nedvoumno predvidljiv: izgorevanje elektronskih komponent IGBT ali MOSFET.

Znotraj krmilnega vezja deluje termični rele, ki ščiti pred postopno naraščajočimi toplotnimi obremenitvami, vendar ne bo imel časa, da bi se odzval na tako hitre skoke varilnih tokov.

Za vsak varilni pretvornik je značilen parameter «PV» - trajanje vklopa v primerjavi s trajanjem zaustavitvene pavze, ki je navedena v tehničnem potnem listu. Neupoštevanje teh priporočil rastlin vodi do neizogibnih zrušitev.

Nepazljivo ravnanje z napravo se lahko izrazi v njenem slabem prevozu ali transportu, ko je telo izpostavljeno zunanjim mehanskim udarcem ali tresljajem okvirja premikajočega se avtomobila.

Med zaposlenimi obstajajo primeri delovanja pretvornikov z očitnimi znaki okvar, ki zahtevajo takojšnjo odstranitev, na primer popuščanje kontaktov, ki pritrjujejo varilne kable v vtičnicah ohišja. Predaja drage opreme nekvalificiranemu in slabo usposobljenemu osebju običajno povzroči tudi nesreče.

Doma pogosto prihaja do padcev napajalne napetosti, zlasti v garažnih zadrugah, in varilec se na to ne ozira in poskuša svoje delo opraviti hitreje, "iztisne" iz inverterja vse, česar je sposoben in nesposoben ...

Zimsko shranjevanje drage elektronske opreme v slabo ogrevani garaži ali celo v lopi vodi do odlaganja kondenza iz zraka na ploščah, oksidacije kontaktov, poškodb gosenic in drugih notranjih poškodb.Prav tako te naprave trpijo zaradi delovanja pri nizkih temperaturah pod -15 stopinj ali atmosferskih padavin.

Prenos pretvornika k sosedu za varjenje se ne konča vedno z ugodnim rezultatom.

Vendar pa splošna statistika delavnic kaže, da pri zasebnikih varilna oprema deluje dlje in bolje.

Oblikovalske napake

Varilni inverterji iz starejših različic so manj zanesljivi varilni transformatorji… In njihova sodobna zasnova, predvsem modulov IGBT, ima že primerljive parametre.

Med postopkom varjenja se znotraj ohišja proizvaja velika količina toplote. Sistem, ki se uporablja za odstranjevanje in hlajenje tiskanih vezij in elektronskih elementov tudi v modelih srednjega razreda, ni preveč učinkovit. Zato je med delovanjem potrebno upoštevati prekinitve za zmanjšanje temperature notranjih delov in naprav.

Kot vsa elektronska vezja tudi inverterske naprave izgubijo svojo funkcionalnost z visoko vlažnostjo in kondenzacijo.

Kljub vključitvi filtrov za odstranjevanje hrupa v napajalni tokokrog prodrejo precejšnje visokofrekvenčne motnje. Tehnične rešitve, ki odpravljajo to težavo, bistveno zapletejo napravo, kar povzroči močno zvišanje cene celotne opreme.