Invertorové zváracie stroje

Obrovský záujem a vrchol popularity, ktorý sa v poslednom desaťročí zvýšil o nové konštrukcie zváracích strojov pracujúcich na princípe invertorov, je spôsobený týmito hlavnými dôvodmi:

• zvýšená kvalita švu;

• dostupnosť operácií aj pre začínajúcich zváračov vďaka zahrnutiu komplexu funkcií pre horúci štart, proti prilepeniu elektródy a horenia oblúka;

• minimalizácia konštrukcie zváracieho zariadenia, zabezpečenie jeho mobility;

• výrazná úspora energie v porovnaní s transformátormi.

Tieto výhody sa stali možnými vďaka zmene prístupu k technológii vytvárania zváracieho oblúka na elektróde v dôsledku zavedenia najnovších výdobytkov mikroprocesorovej techniky.

Ako sú na tom zváracie invertory

Sú napájané elektrickou energiou 220 V 50 Hz, ktorá prichádza z bežnej elektrickej zásuvky. (Zariadenia pracujúce v trojfázovej sieti používajú podobné algoritmy.) Jediným obmedzením, ktorému by ste mali venovať pozornosť, je spotreba energie zariadenia.Nesmie prekročiť menovité hodnoty sieťových ochranných zariadení a vodivé vlastnosti vedenia.

Postupnosť piatich technologických cyklov použitých na vytvorenie zváracieho oblúka z meniča je znázornená na fotografii.

Patria sem procesy, ktoré vykonávajú:

• usmerňovač;

• filter kondenzátorového potrubia;

• vysokofrekvenčný menič;

• vysokofrekvenčný znižovací transformátor napätia;

• vysokofrekvenčný usmerňovač;

• kontrolná schéma.

Všetky tieto zariadenia sú umiestnené na doske vo vnútri krabice. Po odstránení krytu vyzerajú niečo ako to, čo je znázornené na obrázku.

Usmerňovač sieťového napätia

Je napájaný striedavým napätím stacionárnej elektrickej siete cez ručný spínač umiestnený na tele. Prevádza sa diódovým mostíkom na pulzujúcu hodnotu. Všetka energia zváracieho oblúka prechádza cez polovodičové prvky tohto bloku. Preto sa vyberajú s potrebnou rezervou napätia a prúdu.

Na zlepšenie odvodu tepla je zostava diód, ktorá je počas prevádzky vystavená vážnemu zahrievaniu, namontovaná na chladiacich radiátoroch, ktoré sú navyše fúkané privádzaným vzduchom z ventilátora.

Vyhrievanie diódového mostíka je riadené teplotným snímačom nastaveným na režim tepelnej poistky. Ako ochranný prvok pri zahriatí diód na +90 °C otvorí napájací obvod.

Filter potrubia kondenzátora

Paralelne s výstupným kontaktom usmerňovača, ktorý vytvára zvlnenie napätia, sú zapojené dva výkonné elektrolytické kondenzátory, aby spolupracovali. Vyhladzujú kolísanie zvlnenia a sú vždy zvolené s napäťovou rezervou.Dokonca aj v normálnom režime filtra sa zvýši 1,41-krát a dosiahne 220 x 1,41 = 310 voltov.

Z tohto dôvodu sa kondenzátory vyberajú pre prevádzkové napätie najmenej 400 V. Ich kapacita sa vypočíta pre každú konštrukciu podľa výkonu maximálneho zváracieho prúdu. Zvyčajne sa pohybuje od 470 mikrofarád alebo viac pre jeden kondenzátor.

Interferenčný filter

Funkčný zvárací invertor premieňa dostatok elektrickej energie, aby spôsobil elektromagnetický šum. Týmto spôsobom zasahuje do zvyšku elektrického zariadenia pripojeného k sieti. Ak ich chcete odstrániť na vstupe usmerňovača, nastavte indukčno-kapacitný filter.

Jeho účelom je vyhladiť vysokofrekvenčné poruchy prichádzajúce z pracovného okruhu do elektrickej siete iných elektrických spotrebičov.

Invertor

Premena jednosmerného napätia na vysokú frekvenciu môže byť vykonaná podľa rôznych princípov.

Vo zváracích invertoroch sa najčastejšie vyskytujú dva typy obvodov pracujúcich na princípe „šikmého mostíka“:

• pulzný menič polovičného mostíka polovičný mostík;

• plnomostíkový pulzný menič.

Obrázok ukazuje implementáciu prvého okruhu.

Sú tu použité dva výkonné tranzistorové spínače. Môžu byť zostavené na sériových polovodičových zariadeniach MOSFET alebo IGBT.

Kaskádové MOSFETy fungujú dobre v nízkonapäťových invertoroch a dobre zvládajú aj zváranie. Pre vysokokapacitné rýchle nabíjanie/vybíjanie potrebujú tlačný budič s antifázovým riadením signálu na rýchle nabíjanie kondenzátorov s jedným tranzistorom a skrat na zem na vybíjanie s iným.

Bipolárne IGBT si získavajú na popularite v zváracích invertoroch.Môžu ľahko prenášať veľké výkony s vysokým napätím, ale vyžadujú zložitejšie riadiace algoritmy.

Schéma polovičného mostíka impulzného meniča sa nachádza v konštrukciách zváracích invertorov strednej cenovej kategórie. Má dobrú účinnosť, je spoľahlivý, tvorí transformátor obdĺžnikové impulzy s vysokou frekvenciou niekoľkých desiatok kHz.

Pulzný menič s úplným mostíkom je zložitejší, obsahuje dva ďalšie tranzistory.

Plne využíva všetky možnosti vysokofrekvenčného transformátora s tranzistorovými spínačmi pracujúcimi v pároch v režime dvoch kombinovaných šikmých mostíkov.

Tento obvod sa používa v najvýkonnejších a najdrahších zváracích invertoroch.

Všetky kľúčové tranzistory sú inštalované na výkonných chladičoch na odvod tepla. Navyše sú ďalej chránené pred možnými napäťovými špičkami tlmiacimi RC filtrami.

Vysokofrekvenčný transformátor

Ide o špeciálnu štruktúru transformátora, zvyčajne z feritového magnetického obvodu, ktorý znižuje vysokofrekvenčné napätie za invertorom s minimálnymi stratami na stabilné zapálenie oblúka asi 60 – 70 voltov.

V jeho sekundárnom vinutí prúdia veľké zváracie prúdy až niekoľko stoviek ampérov. Teda pri prepočte obj. / H energie s relatívne nízkou hodnotou prúdu a vysokým napätím v sekundárnom vinutí vznikajú zváracie prúdy s už zníženým napätím.

Vďaka použitiu vysokej frekvencie a prechodu na feritový magnetický obvod sa výrazne zníži hmotnosť a rozmery samotného transformátora, znížia sa výkonové straty v dôsledku obrátenia magnetizmu železa a zvýši sa účinnosť.

Napríklad zvárací transformátor starého dizajnu so železným magnetickým jadrom, ktorý poskytuje zvárací prúd 160 ampérov, váži asi 18 kg a vysokofrekvenčný transformátor (s rovnakými elektrickými charakteristikami) je o niečo menej ako 0,3 kilogramu.

Výhody v hmotnosti zariadenia a teda v pracovných podmienkach sú zrejmé.

Usmerňovač výstupného výkonu

Je založený na moste zostavenom zo špeciálnych vysokorýchlostných, veľmi rýchlych diód schopných reagovať na vysokofrekvenčný prúd – otváranie a zatváranie s dobou zotavenia asi 50 nanosekúnd.

Bežné diódy sa s touto úlohou nedokážu vyrovnať. Trvanie ich prechodného javu zodpovedá približne polovici periódy sínusovej harmonickej prúdu, čiže približne 0,01 sekundy. Z tohto dôvodu sa rýchlo zahrievajú a horia.

Výkonový diódový mostík je rovnako ako tranzistory vysokonapäťového transformátora umiestnený na chladičoch a chránený tlmiacim RC obvodom proti napäťovým špičkám.

Výstupné svorky usmerňovača sú vyrobené s hrubými medenými okami pre bezpečné pripojenie zváracích káblov k elektródovému obvodu.

Charakteristika riadiacej schémy

Všetky operácie zváracieho invertora sú riadené a riadené procesorom prostredníctvom spätnej väzby pomocou rôznych snímačov, čo poskytuje takmer ideálne parametre zváracieho prúdu pre spájanie všetkých druhov kovov.

Vďaka presne dávkovanej záťaži sa výrazne znižujú energetické straty pri zváraní.

Na prevádzku riadiaceho obvodu je privádzané konštantné stabilizované napätie z napájacieho zdroja, ktorý je vnútorne prepojený so vstupnými obvodmi 220 V.Toto napätie je zamerané na:

• chladiace ventilátory pre radiátory a dosky;

• relé mäkkého štartu;

• LED indikátory;

• napájanie mikroprocesora a operačného zosilňovača.

Relé pre pozvoľný štart meniča je jasné už z názvu. Funguje na nasledujúcom princípe: v momente zapnutia meniča sa začnú veľmi prudko nabíjať elektrolytické kondenzátory sieťového filtra. Ich nabíjací prúd je veľmi vysoký a môže poškodiť usmerňovacie diódy.

Aby sa tomu zabránilo, náboj je obmedzený výkonným odporom, ktorý svojim aktívnym odporom znižuje počiatočný nábehový prúd. Keď sú kondenzátory nabité a menič začne pracovať v konštrukčnom režime, aktivuje sa relé mäkkého štartu a cez svoje normálne otvorené kontakty manipuluje s týmto odporom, čím ho odstráni zo stabilizačných obvodov.

Takmer celá logika meniča je uzavretá vo vnútri mikroprocesorového ovládača. Riadi činnosť výkonných tranzistorov meniča.

Prepäťová ochrana hradlových a emitorových výkonových tranzistorov je založená na použití zenerových diód.

Na obvod vinutia vysokofrekvenčného transformátora - prúdového transformátora je pripojený snímač, ktorý svojimi sekundárnymi obvodmi posiela signál úmerný veľkosti a uhlu pre logické spracovanie. Týmto spôsobom sa kontroluje sila zváracích prúdov, aby ich ovplyvnila počas spúšťania a prevádzky invertora.

Na riadenie veľkosti vstupného napätia na vstupe sieťového usmerňovača prístroja je pripojený mikroobvod operačného zosilňovača.Priebežne analyzuje signály z napäťovej a prúdovej ochrany, určuje moment havarijnej situácie, kedy je potrebné zablokovať fungujúci generátor a odpojiť menič od napájania.

Maximálne odchýlky napájacieho napätia sú riadené komparátorom. Spúšťa sa pri dosiahnutí kritických energetických hodnôt. Jeho signál je sekvenčne spracovaný logickými prvkami na vypnutie generátora a samotného meniča.

Na manuálne nastavenie prúdu zváracieho oblúka slúži nastavovací potenciometer, ktorého gombík je vyvedený na telo prístroja. Zmena jeho odporu umožňuje použiť jednu z metód ovládania, ktorá ovplyvňuje:

• amplitúda in / h napätie meniča;

• frekvencia vysokofrekvenčných impulzov;

• trvanie pulzu.

Základné pravidlá prevádzky a príčiny porúch zváracích invertorov

Rešpektovanie zložitých elektronických zariadení je vždy kľúčom k ich dlhodobej a spoľahlivej prevádzke. Ale, žiaľ, nie všetci používatelia toto ustanovenie uplatňujú v praxi.

Zváracie invertory pracujú vo výrobných dielňach, na stavbách alebo ich používajú domáci majstri v osobných garážach alebo letných chatách.

Vo výrobnom prostredí meniče najčastejšie trpia prachom, ktorý sa hromadí vo vnútri skrinky. Jeho zdrojom môžu byť akékoľvek nástroje alebo kovoobrábacie stroje, spracovanie kovov, betón, žula, tehly. Je to bežné najmä pri práci s brúsičmi, murármi, dierovačmi...

Ďalším dôvodom poruchy, ktorá sa vyskytla pri zváraní, je vytvorenie neštandardného zaťaženia elektronického obvodu neskúseným zváračom.Ak sa napríklad pokúsite prerezať čelný pancier tankovej veže alebo železničnej koľajnice pomocou zváracieho invertora s nízkym výkonom, výsledok takejto práce je jednoznačne predvídateľný: spálenie elektronických komponentov IGBT alebo MOSFET.

Vo vnútri riadiaceho obvodu funguje tepelné relé, ktoré chráni pred postupne sa zvyšujúcim tepelným zaťažením, ale nestihne reagovať na také rýchle skoky zváracích prúdov.

Každý zvárací invertor je charakterizovaný parametrom «PV» - trvanie zapnutia v porovnaní s trvaním pauzy zastavenia, ktoré je uvedené v technickom pase. Nedodržanie týchto odporúčaní pre rastliny vedie k nevyhnutným haváriám.

Neopatrné zaobchádzanie so zariadením sa môže prejaviť v jeho zlej preprave alebo preprave, keď je telo vystavené vonkajším mechanickým otrasom alebo vibráciám rámu idúceho auta.

Medzi zamestnancami sa vyskytujú prípady prevádzky meničov so zjavnými príznakmi porúch, ktoré si vyžadujú okamžité odstránenie, napríklad uvoľnenie kontaktov, ktoré upevňujú zváracie káble v zásuvkách krytu. A odovzdávanie drahých zariadení nekvalifikovanému a zle vyškolenému personálu tiež zvyčajne vedie k nehodám.

Doma často dochádza k poklesu napájacieho napätia, najmä v garážových družstvách, a zvárač tomu nevenuje pozornosť a snaží sa robiť svoju prácu rýchlejšie, „vytláča“ zo striedača všetko, čo je schopný a neschopný ...

Zimné skladovanie drahých elektronických zariadení v zle vykurovanej garáži alebo dokonca v kôlni vedie k usadzovaniu kondenzátu zo vzduchu na doskách, oxidácii kontaktov, poškodeniu koľají a iným vnútorným poškodeniam.Rovnako tak tieto zariadenia trpia prevádzkou pri nízkych teplotách pod -15 stupňov alebo atmosférických zrážkach.

Prenesenie meniča k susedovi na zváračské práce nie vždy končí priaznivým výsledkom.

Zo všeobecných štatistík dielní však vyplýva, že pre súkromných vlastníkov zváracie zariadenia fungujú dlhšie a lepšie.

Dizajnové chyby

Zváracie invertory zo starších verzií majú nižšiu spoľahlivosť zváracie transformátory… A ich moderný dizajn, najmä IGBT modulov, má už porovnateľné parametre.

Počas procesu zvárania sa vo vnútri krytu vytvára veľké množstvo tepla. Systém používaný na odstraňovanie a chladenie dosiek plošných spojov a elektronických prvkov v modeloch strednej triedy nie je príliš efektívny. Preto je počas prevádzky potrebné dodržiavať prerušenia na zníženie teploty vnútorných častí a zariadení.

Rovnako ako všetky elektronické obvody, aj invertorové zariadenia strácajú svoju funkčnosť vysokou vlhkosťou a kondenzáciou.

Napriek zahrnutiu filtrov na odstraňovanie šumu do konštrukcie preniká do silového obvodu pomerne výrazné vysokofrekvenčné rušenie. Technické riešenia, ktoré tento problém eliminujú, výrazne komplikujú zariadenie, čo vedie k prudkému nárastu ceny všetkých zariadení.