Invertorové svařovací stroje

Obrovský zájem a vrchol popularity, který v posledním desetiletí vzrostl o nové konstrukce svařovacích strojů pracujících na principu invertorů, je způsoben těmito hlavními důvody:

• zvýšená kvalita švu;

• dostupnost operací i pro začínající svářeče díky zahrnutí komplexu funkcí pro horký start, proti přilepení elektrody a hoření oblouku;

• minimalizace konstrukce svařovacího zařízení, zajištění jeho mobility;

• výrazná úspora energie ve srovnání s transformátory.

Tyto výhody se staly možnými díky změně přístupu k technologii vytváření svařovacího oblouku na elektrodě v důsledku zavádění nejnovějších pokroků v mikroprocesorové technologii.

Jak jsou na tom svařovací invertory

Jsou napájeny elektřinou 220 V 50 Hz, která přichází z běžné elektrické zásuvky. (Přístroj pracující v třífázové síti používá podobné algoritmy.) Jediné omezení, kterému byste měli věnovat pozornost, je spotřeba energie zařízení.Nesmí překročit jmenovité hodnoty síťových ochranných zařízení a vodivé vlastnosti vedení.

Sled pěti technologických cyklů použitých k vytvoření svařovacího oblouku z invertoru je na fotografii.

Patří sem procesy prováděné:

• usměrňovač;

• filtr potrubí kondenzátoru;

• vysokofrekvenční měnič;

• vysokofrekvenční snižovací transformátor napětí;

• vysokofrekvenční usměrňovač;

• kontrolní schéma.

Všechna tato zařízení jsou umístěna na desce uvnitř krabice. S odstraněným krytem vypadají asi jako na obrázku.

Usměrňovač síťového napětí

Je napájen střídavým napětím stacionární elektrické sítě přes ruční spínač umístěný na těle. Převádí se diodovým můstkem na pulzující hodnotu. Veškerá energie svařovacího oblouku prochází polovodičovými prvky tohoto bloku. Proto jsou vybírány s potřebnou rezervou napětí a proudu.

Pro zlepšení odvodu tepla je sestava diod, která je během provozu vystavena vážnému zahřívání, namontována na chladicích radiátorech, které jsou navíc vyfukovány přiváděným vzduchem z ventilátoru.

Vyhřívání diodového můstku je řízeno teplotním čidlem nastaveným na režim tepelné pojistky. Jako ochranný prvek při zahřátí diod na +90 °C otevře napájecí obvod.

Filtr potrubí kondenzátoru

Paralelně s výstupním kontaktem usměrňovače, který vytváří zvlnění napětí, jsou zapojeny dva výkonné elektrolytické kondenzátory, aby spolupracovaly. Vyhlazují kolísání zvlnění a jsou vždy voleny s napěťovou rezervou.Dokonce i v normálním režimu filtru se zvýší 1,41krát a dosáhne 220 x 1,41 = 310 voltů.

Z tohoto důvodu se kondenzátory volí pro provozní napětí minimálně 400 V. Jejich kapacita se pro každou konstrukci vypočítává podle výkonu maximálního svařovacího proudu. Obvykle se pohybuje od 470 mikrofaradů nebo více pro jeden kondenzátor.

Interferenční filtr

Funkční svařovací invertor převádí dostatek elektrické energie k vyvolání elektromagnetického šumu. Tímto způsobem zasahuje do zbytku elektrického zařízení připojeného k síti. Chcete-li je odstranit na vstupu usměrňovače, nastavte indukčně-kapacitní filtr.

Jeho účelem je vyhlazovat vysokofrekvenční rušení přicházející z pracovního obvodu do elektrické sítě jiných elektrických spotřebičů.

Střídač

Převod stejnosměrného napětí na vysokou frekvenci lze provést podle různých principů.

U svařovacích invertorů se nejčastěji vyskytují dva typy obvodů pracujících na principu „šikmého můstku“:

• pulzní měnič polovičního můstku;

• full-bridge pulsní měnič.

Obrázek ukazuje implementaci prvního okruhu.

Jsou zde použity dva výkonné tranzistorové spínače. Mohou být sestaveny na sériových polovodičových součástkách MOSFET nebo IGBT.

Kaskádové MOSFETy fungují dobře v nízkonapěťových invertorech a také dobře zvládají svářecí zátěž. Pro vysokokapacitní rychlé nabíjení/vybíjení potřebují push driver s antifázovým řízením signálu pro rychlé nabíjení kondenzátorů s jedním tranzistorem a zkratování k zemi pro vybíjení s jiným.

Bipolární IGBT získávají na popularitě ve svařovacích invertorech.Mohou snadno přenášet velké výkony s vysokým napětím, ale vyžadují složitější řídicí algoritmy.

Schéma polomůstkového pulzního měniče se nachází v konstrukcích svařovacích invertorů střední cenové kategorie. Má dobrou účinnost, je spolehlivý, tvoří transformátor obdélníkové impulsy s vysokou frekvencí několika desítek kHz.

Plně můstkový pulzní měnič je složitější, obsahuje dva další tranzistory.

Plně využívá všech možností vysokofrekvenčního transformátoru s tranzistorovými spínači pracujícími ve dvojicích v režimu dvou kombinovaných šikmých můstků.

Tento obvod se používá u nejvýkonnějších a nejdražších svařovacích invertorů.

Všechny klíčové tranzistory jsou instalovány na výkonných chladičích pro odvod tepla. Navíc jsou dále chráněny před případnými napěťovými špičkami tlumícími RC filtry.

Vysokofrekvenční transformátor

Jedná se o speciální konstrukci transformátoru, obvykle z feritového magnetického obvodu, který snižuje vysokofrekvenční napětí za měničem s minimálními ztrátami na stabilní zapálení oblouku asi 60 — 70 voltů.

V jeho sekundárním vinutí protékají velké svařovací proudy až několik set ampér. Tedy při převodu t. zv. / H energie při relativně nízké hodnotě proudu a vysokém napětí v sekundárním vinutí vznikají svařovací proudy s již sníženým napětím.

Díky použití vysoké frekvence a přechodu na feritový magnetický obvod se výrazně sníží hmotnost a rozměry samotného transformátoru, sníží se výkonové ztráty v důsledku obrácení magnetismu železa a zvýší se účinnost.

Například svařovací transformátor staré konstrukce s železným magnetickým jádrem, poskytující svařovací proud 160 ampér, váží asi 18 kg a vysokofrekvenční (se stejnými elektrickými charakteristikami) je o něco méně než 0,3 kilogramu.

Výhody v hmotnosti zařízení a tedy v pracovních podmínkách jsou zřejmé.

Výkonový výstupní usměrňovač

Je založen na můstku sestaveném ze speciálních vysokorychlostních, velmi rychlých diod schopných reagovat na vysokofrekvenční proud – otevírání a zavírání s dobou zotavení asi 50 nanosekund.

Konvenční diody se s tímto úkolem nemohou vyrovnat. Doba jejich přechodného děje odpovídá asi polovině periody sinusové harmonické proudu, tedy asi 0,01 sekundy. Z tohoto důvodu se rychle zahřívají a hoří.

Výkonový diodový můstek je stejně jako tranzistory vysokonapěťového transformátoru umístěn na chladičích a chráněn tlumícím RC obvodem proti napěťovým špičkám.

Výstupní svorky usměrňovače jsou opatřeny silnými měděnými oky pro bezpečné připojení svařovacích kabelů k obvodu elektrod.

Charakteristika regulačního schématu

Veškeré operace svařovacího invertoru jsou řízeny a řízeny procesorem prostřednictvím zpětné vazby pomocí různých senzorů, což poskytuje téměř ideální parametry svařovacího proudu pro spojování všech druhů kovů.

Díky přesně dávkovaným zátěžím se výrazně snižují energetické ztráty při svařování.

Pro provoz řídicího obvodu je přiváděno konstantní stabilizované napětí z napájecího zdroje, který je vnitřně propojen se vstupními obvody 220 V.Toto napětí je zaměřeno na:

• chladicí ventilátory pro radiátory a desky;

• relé měkkého startu;

• LED indikátory;

• napájení mikroprocesoru a operačního zesilovače.

Relé pro měkký start měniče je jasné z názvu. Funguje na následujícím principu: v okamžiku zapnutí měniče se začnou velmi ostře nabíjet elektrolytické kondenzátory síťového filtru. Jejich nabíjecí proud je velmi vysoký a může poškodit usměrňovací diody.

Aby se tomu zabránilo, je náboj omezen výkonným rezistorem, který svým aktivním odporem snižuje počáteční náběhový proud. Když jsou kondenzátory nabité a střídač začne pracovat v konstrukčním režimu, aktivuje se relé měkkého rozběhu a prostřednictvím svých normálně otevřených kontaktů manipuluje s tímto odporem, čímž jej odstraní ze stabilizačních obvodů.

Téměř veškerá logika invertoru je uzavřena uvnitř mikroprocesorové řídicí jednotky. Řídí činnost výkonných tranzistorů měniče.

Přepěťová ochrana hradlových a emitorových výkonových tranzistorů je založena na použití zenerových diod.

K obvodu vinutí vysokofrekvenčního transformátoru je připojen snímač - proudový transformátor, který svými sekundárními obvody vysílá signál úměrný velikosti a úhlu pro logické zpracování. Tímto způsobem je řízena síla svařovacích proudů, aby je ovlivnila během spouštění a provozu střídače.

Pro řízení velikosti vstupního napětí na vstupu síťového usměrňovače přístroje je připojen mikroobvod operačního zesilovače.Průběžně analyzuje signály z napěťové a proudové ochrany a určuje okamžik havarijní situace, kdy je nutné zablokovat fungující generátor a odpojit střídač od napájení.

Maximální odchylky napájecího napětí jsou řízeny komparátorem. Spouští se při dosažení kritických energetických hodnot. Jeho signál je postupně zpracováván logickými prvky pro vypnutí generátoru a samotného měniče.

Pro ruční nastavení proudu svařovacího oblouku slouží nastavovací potenciometr, jehož knoflík je vyveden na tělo přístroje. Změna jeho odporu umožňuje použít jednu z metod ovládání, která ovlivňuje:

• amplituda v / h napětí střídače;

• frekvence vysokofrekvenčních impulsů;

• trvání pulsu.

Základní pravidla provozu a příčiny poruch svařovacích invertorů

Respekt ke složitému elektronickému zařízení je vždy klíčem k jeho dlouhodobému a spolehlivému provozu. Ale bohužel ne všichni uživatelé toto ustanovení v praxi uplatňují.

Svařovací invertory pracují ve výrobních dílnách, na stavbách nebo je používají domácí řemeslníci v osobních garážích nebo na chatách.

Ve výrobním prostředí střídače nejčastěji trpí prachem, který se shromažďuje uvnitř krabice. Jeho zdrojem mohou být jakékoli nástroje nebo kovoobráběcí stroje, zpracování kovů, beton, žula, cihly. To je běžné zejména při práci s brusiči, zedníky, perforátory...

Dalším důvodem poruchy, ke které došlo při svařování, je vytvoření nestandardního zatížení elektronického obvodu nezkušeným svářečem.Pokud se například pokusíte přeříznout čelní pancíř věže tanku nebo železniční kolejnice svařovacím invertorem s nízkým výkonem, výsledek takové práce je jednoznačně předvídatelný: spálení elektronických součástek IGBT nebo MOSFET.

Uvnitř řídicího obvodu pracuje tepelné relé, které chrání před postupně se zvyšujícím tepelným zatížením, ale na tak rychlé skoky svařovacích proudů nestihne zareagovat.

Každý svařovací invertor je charakterizován parametrem «PV» - doba zapnutí ve srovnání s dobou pauzy zastavení, která je uvedena v technickém pasu. Nedodržení těchto doporučení rostlin vede k nevyhnutelným haváriím.

Neopatrné zacházení s přístrojem se může projevit jeho špatnou přepravou nebo transportem, kdy je tělo vystaveno vnějším mechanickým otřesům nebo vibracím rámu jedoucího automobilu.

Mezi zaměstnanci existují případy provozu střídačů se zjevnými známkami poruch, které vyžadují okamžité odstranění, například uvolnění kontaktů, které fixují svařovací kabely v zásuvkách krytu. A předávání drahého vybavení nekvalifikovanému a špatně vyškolenému personálu také obvykle vede k nehodám.

Doma často dochází k poklesu napájecího napětí, zejména v garážových družstvech, a svářeč tomu nevěnuje pozornost a snaží se dělat svou práci rychleji, "ždímá" ze střídače vše, co je schopen a neschopný ...

Zimní skladování drahého elektronického zařízení ve špatně vytápěné garáži nebo dokonce v kůlně vede k usazování kondenzátu ze vzduchu na deskách, oxidaci kontaktů, poškození kolejí a dalším vnitřním poškozením.Stejně tak tato zařízení trpí provozem při nízkých teplotách pod -15 stupňů nebo atmosférických srážkách.

Předání střídače sousedovi na svářečské práce nemusí vždy končit příznivým výsledkem.

Obecná statistika dílen však ukazuje, že u soukromých vlastníků svařovací zařízení funguje déle a lépe.

Designové nedostatky

Svařovací invertory ze starších verzí mají nižší spolehlivost svařovací transformátory… A jejich moderní design, zejména IGBT modulů, má již srovnatelné parametry.

Během procesu svařování se uvnitř pouzdra vytváří velké množství tepla. Systém používaný k vyjímání a chlazení desek plošných spojů a elektronických prvků i u modelů střední třídy není příliš účinný. Proto je nutné během provozu dodržovat přerušení pro snížení teploty vnitřních částí a zařízení.

Stejně jako všechny elektronické obvody ztrácejí invertorová zařízení svou funkčnost vysokou vlhkostí a kondenzací.

I přes zahrnutí odrušovacích filtrů do konstrukce proniká do silového obvodu poměrně výrazné vysokofrekvenční rušení. Technická řešení, která tento problém eliminují, výrazně komplikují zařízení, což vede k prudkému nárůstu ceny veškerého vybavení.