Obecné a specifické principy: jak funguje invertorový svařovací stroj

Chcete-li vybrat správné zařízení pro svařování, musíte znát konstrukční zařízení a princip činnosti svařovacího invertoru. Pokud se v takových věcech dobře vyznáte, můžete invertorová zařízení nejen efektivně používat, ale také samostatně opravovat.

Invertorové svařovací stroje italské výroby

Na moderním trhu existuje mnoho modelů měničů, což umožňuje řemeslníkům vybrat si zařízení podle svých potřeb a finančních možností. Pokud chcete ušetřit peníze, můžete si vyrobit invertorový svařovací stroj vlastníma rukama.

Jak funguje invertorový svařovací stroj

Princip činnosti invertorového zařízení je v mnoha ohledech podobný činnosti spínaného zdroje. Jak ve střídači, tak ve spínaném zdroji se energie transformuje podobným způsobem.

Proces přeměny elektrické energie ve svařovacím stroji invertorového typu lze popsat následovně.

• Střídavý proud o napětí 220 voltů, tekoucí v klasické elektrické síti, se přeměňuje na stejnosměrný proud.
• Vzniklý stejnosměrný proud je opět přeměněn na střídavý, ale s velmi vysokou frekvencí, pomocí speciálního bloku elektrického obvodu měniče.
• Napětí vysokofrekvenčního střídavého proudu je sníženo, což výrazně zvyšuje jeho pevnost.
• Vzniklý elektrický proud, který má vysokou frekvenci, výraznou pevnost a nízké napětí, se přeměňuje na stejnosměrný proud, na kterém se provádí svařování.

Princip činnosti svařovacího invertoru

Hlavním typem svařovacích strojů, které se dříve používaly, byla transformátorová zařízení, která zvyšovala svařovací proud snížením hodnoty napětí. Nejzávažnějšími nevýhodami takového zařízení, které se dnes stále aktivně používá, je nízká účinnost (protože velké množství spotřebované elektrické energie se spotřebuje na ohřev železa), velké rozměry a hmotnost.

Vynález invertorů, u kterých je síla svařovacího proudu regulována podle zcela jiného principu, umožnil výrazně zmenšit svařovací stroje a také snížit jejich hmotnost. V takových zařízeních je možné efektivně regulovat svařovací proud díky jeho vysoké frekvenci. Čím vyšší je frekvence proudu, který střídač generuje, tím menší mohou být rozměry zařízení.

Jedním z hlavních úkolů, který řeší každý měnič, je zvýšení frekvence běžného elektrického proudu. Možná je to způsobeno použitím tranzistorů, které spínají na frekvenci 60-80 Hz. Jak však víte, do tranzistorů lze dodávat pouze stejnosměrný proud, zatímco v běžné elektrické síti je proměnný a má frekvenci 50 Hz. Pro přeměnu střídavého proudu na stejnosměrný je v invertorových zařízeních instalován usměrňovač sestavený na základě diodového můstku.

Za tranzistorovým blokem, ve kterém se tvoří střídavý proud s vysokou frekvencí, je ve svařovacích invertorech umístěn transformátor, který snižuje napětí a tím zvyšuje proudovou sílu. K regulaci napětí a proudu, které mají vysokou frekvenci, jsou potřeba menší transformátory (zároveň nejsou svým výkonem horší než větší protějšky).

Svařovací invertor bez ochranného krytu

Prvky elektrického obvodu invertorových zařízení

Zařízení svařovacího invertoru se skládá z následujících základních prvků:

• usměrňovač střídavého proudu přicházející z konvenční elektrické sítě;
• invertorová jednotka sestavená na bázi vysokofrekvenčních tranzistorů (taková jednotka je vysokofrekvenční pulzní generátor);
• transformátor, který snižuje vysokofrekvenční napětí a zvyšuje vysokofrekvenční proud;
• vysokofrekvenční usměrňovač střídavého proudu;
• pracovní zkrat;
• elektronická jednotka zodpovědná za řízení měniče.

Ať už jsou vlastnosti určitého modelu invertorového zařízení jakékoli, jeho princip činnosti, založený na použití vysokofrekvenčního pulzního měniče, zůstává nezměněn.

Příklad schématu zapojení měniče (klikněte pro zvětšení)

Usměrňovače a invertorové jednotky zařízení se během provozu velmi zahřívají, proto jsou instalovány na radiátorech, které aktivně odvádějí teplo. K ochraně usměrňovací jednotky před přehřátím se navíc používá speciální tepelné čidlo, které při dosažení teploty 90 stupňů vypne její napájení.

Invertorová jednotka, která je ve skutečnosti generátorem vysokofrekvenčních vysokovýkonných pulsů, je sestavena na základě tranzistorů zapojených podle typu „šikmého můstku“. Vysokofrekvenční elektrické impulsy generované v takovém generátoru jsou přiváděny do transformátoru, který je nezbytný pro snížení hodnoty jejich napětí.

Nejběžnější transformátory používané pro vybavení svařovacích invertorů jsou zařízení s následujícími charakteristikami: primární vinutí – 100 závitů PEV drátu (tloušťka 0,3 mm); 1. sekundární vinutí – 15 závitů měděného drátu o průměru 1 mm; 2. a 3. sekundární vinutí – 20 závitů měděného drátu o průměru 0,35 mm. Všechna vinutí jsou od sebe pečlivě izolována a jejich výstupní body jsou chráněny a připájeny.

Vnitřní struktura svařovacího invertoru

Výstupní usměrňovač svářecího invertoru přijímá proud s vysokou frekvencí. Jednoduché diody si s přeměnou takového proudu na stejnosměrný neporadí. Proto je usměrňovač založen na výkonných diodách s vysokou rychlostí otevírání a zavírání. Aby se zabránilo přehřátí diodového bloku, je umístěn na speciálním radiátoru.

Povinným prvkem každého svařovacího invertoru je vysoce výkonný rezistor, který poskytuje zařízení měkký start. Potřeba použití takového odporu je vysvětlena skutečností, že při zapnutí napájení je na zařízení aplikován silný elektrický impuls, který může způsobit poruchu diod usměrňovací jednotky. Aby se tomu zabránilo, proud je přiváděn přes odpor do elektrolytických kondenzátorů, které se začnou nabíjet. Když kondenzátory dosáhnou plného nabití a zařízení přejde do normálního provozu, kontakty elektromagnetického relé se sepnou a proud začne téct do usměrňovacích diod, již obchází rezistor.

Výstupní tlumivky na desce svařovacího invertoru

Invertory díky svým technickým vlastnostem umožňují nastavit svařovací proud v širokém rozsahu – od 30 do 200 A.

Činnost všech prvků takového svařovacího stroje, který se vyznačuje kompaktními rozměry, nízkou hmotností a vysokým výkonem, je řízena speciálním PWM regulátorem. Elektrické signály jsou do regulátoru přiváděny z operačního zesilovače napájeného výstupním proudem samotného měniče. Na základě charakteristiky těchto signálů regulátor generuje korekční výstupní signály, které mohou být přiváděny do usměrňovacích diod a tranzistorů invertorové jednotky – generátoru vysokofrekvenčních elektrických impulsů.

Kromě těch hlavních mají moderní svařovací invertory také celý seznam užitečných doplňkových možností. Mezi takové vlastnosti, které výrazně usnadňují práci se zařízením a umožňují získat vysoce kvalitní, spolehlivé a krásné svarové spoje, patří nucení svařovacího oblouku (rychlé zapálení), nepřilnavost elektrody, plynulé nastavení svařovacího proudu a přítomnost ochranného systému proti vznikajícím přetížením.

Obvodová deska s hlavními prvky měniče

Proveditelnost použití měničů a jejich hlavní nevýhody

Široké použití svařovacích invertorů je vysvětleno řadou významných výhod, které mají.

• Zařízení tohoto typu se vyznačují vysokým výkonem a výkonem.
• Svar vytvořený pomocí invertorů se vyznačuje vysokou kvalitou a spolehlivostí.
• Spolu s vysokým výkonem mají zařízení tohoto typu kompaktní rozměry a nízkou hmotnost, což umožňuje jejich snadné přenesení na místo, kde budou prováděny svářečské práce.
• Svařovací invertory mají vysokou účinnost (asi 90 %), spotřebovaná elektrická energie je v nich využita efektivněji než v transformátorech.
• Díky své vysoké účinnosti se taková zařízení vyznačují ekonomickou spotřebou spotřebované elektřiny.
• Při procesu svařování pomocí invertoru dochází k mírnému rozstřiku roztaveného kovu, což se projevuje racionálnější spotřebou spotřebního materiálu.
• Invertory poskytují možnost plynulého nastavení svařovacího proudu.
• Vzhledem k přítomnosti dalších možností v takových zařízeních nemá úroveň dovednosti svářeče téměř žádný vliv na kvalitu práce.
• Široká univerzálnost invertorů odstraňuje otázku, jaký stroj zvolit pro svařování různými technologiemi.

Invertorová zařízení se volí, když je potřeba zařízení, jehož vlastnosti zajišťují vysokou stabilitu svařovacího oblouku v každé situaci. Při použití invertorů nevzniká otázka, kterou elektrodu zvolit pro svařování, protože pomocí tohoto zařízení je možné svařovat kov elektrodami jakéhokoli typu.

Invertory mají samozřejmě i nevýhody, ale není jich tolik. To by mělo zahrnovat poměrně vysoké náklady na taková zařízení ve srovnání s konvenčními svařovacími transformátory. Taková zařízení jsou také drahá na opravy, což je nejčastěji spojeno s nutností výměny výkonných tranzistorů (jejich náklady mohou činit až 60 % ceny celého zařízení).

Střídače jsou velmi citlivé na negativní vnější faktory – prach, nečistoty, srážky a mráz. Pokud potřebujete střídač pro práci na poli, budete si pro něj muset vybudovat uzavřený a vytápěný prostor.

Tradiční svařovací stroj, který nutně zahrnuje objemný transformátor, byl nedávno aktivně nahrazen invertory. Abychom pochopili, jak funguje svařovací invertor, je nutné porozumět jeho konstrukci, principu činnosti, provozním vlastnostem, které určují výhody a odhalují nevýhody tohoto zařízení.

Invertorový svařovací stroj se používá pro svařování různých kovových dílů.

Obecné principy provozu měniče

Na rozdíl od známějších svařovacích transformátorů probíhá v tomto zařízení přeměna elektrického napětí na svařovací proud v několika stupních: přes nízkopříkonový transformátor, téměř úměrný velikosti krabičky cigaret, a elektronický obvod. Invertorové zařízení má také řídicí systém (jednotku), který značně usnadňuje proces svařování a umožňuje vytvořit vysoce kvalitní šev. Jak funguje invertorový svařovací stroj?

Zařízení invertorového svařovacího stroje.

Nejprve prochází usměrňovačem svářečky vstupní proud 220 V o frekvenci 50 A, je přeměněn na stejnosměrný proud a současně je vyhlazován filtry (většinou ve formě elektrolytických kondenzátorů). Vzniklé stejnosměrné napětí je pomocí modulátoru sestaveného na polovodičích přeměněno opět na střídavé napětí, avšak s vyšší frekvencí (až 100 kHz). Dále se napětí usměrní a sníží na hodnotu potřebnou pro svařování kovu.

Použití vysokofrekvenčního měniče umožnilo použít transformátor relativně malých rozměrů, v důsledku čehož se výrazně snížily rozměry a hmotnost invertorového aparátu. Například pro získání svařovacího proudu 160 ampér v invertoru budete potřebovat transformátor o hmotnosti přibližně 0,25 kg: k dosažení podobného výsledku s tradiční svařovací jednotkou budete muset použít transformátor o hmotnosti alespoň 18 kg. Při provozu invertorového svařovacího stroje hraje důležitou roli elektronika: poskytuje zpětnou vazbu elektrickému oblouku, což umožňuje přísně regulovat a udržovat jeho parametry na požadované úrovni. Jejich sebemenší odchylka je okamžitě „zastavena“ mikroprocesory. Všechny tyto „přídavky“ zaručují stabilní oblouk, který zaručuje vysokou kvalitu práce při použití svařovacího stroje invertorového typu.

Jak funguje základní elektronický obvod?

Vnitřní struktura svařovacího invertoru.

V síťovém usměrňovači je elektrický proud (220 V) usměrněn pomocí silného diodového můstku (obvykle diodová sestava), zvlnění střídavého proudu je vyhlazeno pomocí elektrolytických kondenzátorů. Protože Protože se diodový můstek během provozu velmi zahřívá, instaluje se na chladicí radiátory. Navíc je zde tepelná pojistka, která funguje, když se diody zahřejí na více než + 90 °C, a chrání drahou sestavu diod. Vedle usměrňovacího můstku svými rozměry vynikají elektrolytické kondenzátory (kulaté “sudy”), jejichž kapacita se pohybuje mezi 140-800 mikrofarady. Dodatečně je ve svařovacím stroji instalován filtr, který zabraňuje vzniku rádiového rušení.

Samotný obvod měniče obsahuje 2 výkonné tranzistory (obvykle MOSFET nebo IGBT), také instalované na radiátorech. Tyto polovodiče spínají proud procházející pulzním transformátorem: v tomto případě dosahuje spínací frekvence desítek kHz. V důsledku toho se vytváří střídavý proud o vysoké frekvenci. K ochraně drahých tranzistorů před napěťovými rázy se používají ochranné obvody včetně odporů a malých kondenzátorů. Poté, co se tranzistory „vypracují“, je ze sekundárního vinutí snižovacího transformátoru odstraněno nižší napětí (až 70 V), ale proud může být roven 130-140 a více ampérům.

Elektronický obvod invertorového svařovacího stroje.

Pro získání konstantního napětí na výstupu se používá spolehlivý výstupní usměrňovač. Obvykle je toto zařízení sestaveno na základě duálních diod se společnou katodou. Tato zařízení se vyznačují maximální rychlostí, tzn. rychle otevřít a zavřít, přičemž doba zotavení nepřesáhne 50 nanosekund. Poslední kvalita je velmi důležitá, protože. tyto diody usměrňují velmi vysokofrekvenční proud: konvenční polovodiče by takový úkol nezvládly, nestihly by přepnout. Proto je při opravě důležité vyměnit tyto diody za stejné vysokofrekvenční (nejčastější zařízení jsou VS 60CPH03, STTH6003CW, FFH30US30DN), které musí být dimenzovány na zpětné napětí 300 V a proud 30 A .

Obsluha řídicí desky

Pro napájení prvků desky se používá regulátor napětí, navržený pro 15 V a nainstalovaný na chladiči. Napájecí napětí pochází z hlavního usměrňovače. Jednou z funkcí stabilizátoru výkonu je dodávat napětí do relé, které zajišťuje „měkký start“ zařízení. Po přivedení napětí se kondenzátory začnou nabíjet: současně se zvyšuje napětí a pro ochranu sestavy diod se používá omezovací obvod, který obsahuje výkonný (8 W) rezistor. Jakmile jsou kondenzátory nabity, střídač začne pracovat, relé sepne své kontakty a rezistor se nebude účastnit další práce.

Řízení svařovacího stroje.

Kromě stabilizátoru napětí obsahuje elektronický obvod měniče mnoho dalších systémů, které zajišťují vysoký výkon zařízení. Hlavní z těchto elektronických jednotek jsou:

1. Řídicí systém a ovladače: zde je hlavním prvkem čip řadiče PWM, který se „zabývá“ řízením činnosti výkonných tranzistorů;
2. Regulační a řídicí obvody: hlavním prvkem je proudový transformátor, jehož úkolem je řídit proudovou sílu výstupního transformátoru;
3. Systém řízení napájecího napětí a výstupního proudu: sestává z operačního zesilovače (operačního zesilovače) namontovaného na mikroobvodu (například LM324). Účelem systému je v případě potřeby zapnout havarijní ochranu, sledovat provoz a provozuschopnost hlavních prvků elektronické jednotky.

Zvláštnosti měničů

Kromě výhody nízké hmotnosti umožňují svářečky invertorového typu použití elektrod pro střídavý i stejnosměrný proud. To je důležité zejména při svařování prvků z litiny a neželezných kovů. Většina modelů má možnosti, které usnadňují proces svařování, zejména tyto doplňky jsou vhodné pro ty, kteří se teprve učí svařovat:

• horký start (nebo Hot start): nastavuje nejoptimálnější parametry pro zapálení elektrického oblouku;
• antisticking (neboli AntiSticking): v případě zkratu se svařovací proud automaticky sníží na minimum, v důsledku čehož se elektroda nepřilepí na součást:
• ArcForce: Tato možnost dodává optimální proud v okamžiku, kdy je kov zvednut z elektrody, což také zabraňuje přilepení.

Dobrého zapálení oblouku ve svařovacím invertoru je dosaženo díky nezávislosti výstupního napětí na vstupním napětí, které je přítomno u tradičních svařovacích zařízení. Při konvenčním svařování způsobuje příliš malý proud přilepení elektrody a příliš velký proud je zatížen přehříváním kovové části. Tito. při práci s invertorem nemůže být součást „podpálená“ nebo „spálená“, což zaručuje pevnost švu (nejsou v něm žádné skořápky, praskliny).

Další vlastností střídače je volitelné dodržení délky oblouku.

U běžného zařízení je nutné dodržet vzdálenost od spoje spojovaných částí asi o 2 průměry elektrod, jinak dojde ke změně proudu. Střídače udržují proud v přesně definovaných mezích, navíc je konstantní, neměnný. To vám umožní nehledět tak kriticky na délku oblouku, což usnadňuje práci, zejména pokud je svářeč začátečník. V tomto případě kvalita švu nezávisí na délce oblouku.