Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Stały trend spadkowy cen urządzeń spawalniczych typu inwerterowego doprowadził do znacznego wzrostu popularności tego sprzętu zarówno wśród profesjonalistów, jak i tych, którzy używają spawania tylko na własne potrzeby. Jest całkiem zrozumiałe, że wielu użytkowników, którzy mają taki aparat, interesuje się jego strukturą i zasadą działania, ponieważ tego rodzaju informacje pomogą naprawić sprzęt w przypadku nieprawidłowego działania lub nawet ulepszyć niedrogi model z „obciętą” funkcjonalnością. Jak zobaczymy później, radzenie sobie z tymi problemami wcale nie jest trudne, wystarczy mieć podstawową wiedzę z zakresu elektrotechniki.

Zgrzewarka inwertorowa.

Ogólne informacje

Obwód elektryczny różnych modeli inwerterów spawalniczych może się różnić w niektórych szczegółach, ale ogólnie rzecz biorąc, wszystkie te urządzenia działają na tej samej zasadzie. Głównym zadaniem każdego z nich jest konwersja energii elektrycznej pochodzącej z sieci, aby uzyskać duży prąd na wyjściu. Proces konwersji jest podzielony na kilka etapów:

Falownik spawania obwodu przepustnicy.

  • prostowanie prądu przemiennego pochodzącego z sieci;
  • Konwersja DC z powrotem do AC, ale ze znacznie wyższą częstotliwością oscylacji;
  • wzmocnienie prądu przemiennego o wysokiej częstotliwości przez obniżenie jego napięcia;
  • prostowanie wzmocniony prąd przemienny wysokiej częstotliwości.

Każdy, kto jest przynajmniej trochę zorientowany w komputerowym sprzęcie, prawdopodobnie wie, że przełączający zasilacz komputera osobistego działa w ten sam sposób. Centralnym punktem tego obwodu jest wzrost częstotliwości prądu przemiennego i jest to dokładnie zadanie, które wykonuje falownik. Po co to jest? Faktem jest, że wymiary i waga transformatora zależą nie tylko od jego mocy, ale także od częstotliwości prądu, dla którego jest przeznaczony do konwersji. Im niższa częstotliwość, tym masywniejszy i większy jest transformator. Ta zależność jest bardzo znacząca. Na przykład, przy czterokrotnym wzroście częstotliwości prądu przemiennego, wymiary transformatora są zmniejszone o połowę. Obwód falownika podnosi częstotliwość prądu elektrycznego z 50 Hz do 60-80 kHz, dzięki czemu przyrost masy i rozmiaru jest dość namacalny. W rezultacie otrzymujemy lekką i kompaktową spawarkę, która wymaga znacznie mniej materiałów, w tym drogiej miedzi, do produkcji.

Następnie szczegółowo omówimy główne bloki urządzenia inwertera i ich wzajemne zależności.

Jednostka zasilająca: prostownik sieciowy

Schemat spawarki inwerterowej.

Specyfiką obwodu inwertera jest to, że jego praca wymaga stałego prądu. Dlatego prąd przemienny zwykłego źródła zasilania, zasilanego napięciem 220 V i częstotliwością 50 Hz, jest głównie poddawany rektyfikacji. Obwód prostownika zawiera mostek diodowy i dwa kondensatory, których zadaniem jest wygładzanie pulsacji. Ze względu na dużą moc prądu mostek diodowy wystarczająco się nagrzewa podczas pracy, więc jest wyposażony w grzejnik z bezpiecznikiem termicznym. Ten ostatni wykonuje otwarcie obwodu po podgrzaniu do temperatury 90 stopni.

Na wyjściu mostka diodowego uzyskuje się pulsujący prąd stały o napięciu 220 V, ale na kondensatorach zwiększa się on o 1, 41 razy i wynosi już 310 V. Biorąc pod uwagę możliwość początkowego skoku napięcia w kierunku wzrostu, prostownik sieciowy spawarki inwerterowej instaluje kondensatory wytrzymujące napięcie do 400 In (odpowiada napięciu początkowemu 280 V).

Prostownik sieciowy jest podłączony do źródła zasilania poprzez filtr kompatybilności elektromagnetycznej, który zapobiega zakłóceniom wysokiej częstotliwości od pracy falownika do sieci energetycznej.

Obwód zasilania spawarki inwerterowej.

Natychmiast po włączeniu spawarki prąd ładowania dostarczany do kondensatorów może osiągnąć wartość wystarczającą do wyłączenia mostka diodowego. Aby temu zapobiec, wszystkie typy falowników spawalniczych są wyposażone w obwód łagodnego rozruchu. Jest on realizowany za pomocą przekaźnika i rezystora, którego moc wynosi około 8 W, a rezystancja wynosi około 50 omów (w różnych modelach falowników spawalniczych charakterystyka rezystora może różnić się od wskazanych). Rezystor jest podłączony do obwodu prostownika, a podczas włączania spawarki osłabia prąd rozruchowy. Po wejściu urządzenia w tryb pracy wyzwalany jest przekaźnik, który zamyka zaciski rezystora, tak że prąd przepływa już przez nie.

Falownik: zasada działania

Obwód elektryczny falownika, który jest wyposażony w spawarki tego typu, zawiera dwa kluczowe tranzystory, które są połączone zgodnie z zasadą „skośnego mostu”. Ich cechą szczególną jest to, że mogą przełączać się z bardzo wysoką częstotliwością, od 60 do 80 kHz. W tym przypadku prąd stały płynący do falownika przekształca się w prąd przemienny o tej samej częstotliwości. Ze zwykłego prądu w sieci elektrycznej różni się także swoją charakterystyką: nie jest sinusoidalny, ale prostokątny.

Kluczowe tranzystory są zainstalowane na grzejniku, co pozwala uniknąć przegrzania. Zabezpieczenie przed nadmiernymi napięciami zapewnia obwód tłumiący RC.

Transformator wysokiej częstotliwości (impulsowy)

Zasada działania falownika.

Główną częścią każdej spawarki jest transformator obniżający napięcie. Jego konstrukcja w urządzeniach inwerterowych jest prawie taka sama jak zwykle, ale jednocześnie jest bardziej kompaktowa. Inną ważną różnicą jest obecność dodatkowego uzwojenia wtórnego, które służy do zasilania obwodu sterującego.

Uzwojenie pierwotne transformatora wysokiej częstotliwości jest zasilane prądem przemiennym wytwarzanym przez falownik o napięciu 310 V i częstotliwości kilkudziesięciu kiloherców. Na wyjściu uzwojenia wtórnego, które ma mniejszą liczbę zwojów, napięcie spada do 60-70 V, a prąd wzrasta do 110-130 A. Pozostaje mu przejść jeszcze jeden, ostatni etap.

Prostownik wyjściowy

Prąd pochodzący z transformatora wysokiej częstotliwości musi zostać przekształcony w prąd stały - taki prąd jest potrzebny do spawania. W tym celu spawarka inwertorowa jest wyposażona w prostownik wyjściowy, którego obwód elektryczny składa się z podwójnych diod ze wspólną katodą. Różnią się od zwykłych diod dużą prędkością. Cykl otwarty-zamknięcie tych elementów wynosi tylko 50 nanosekund (ta cecha nazywana jest czasem regeneracji). Ta jakość jest niezbędna do pracy z prądami ultrawysokiej częstotliwości.

Diody prostownika wyjściowego są również zainstalowane na grzejniku, a dla ich ochrony urządzenie to jest wyposażone w obwód RC.

Aparatura obwodu rozruchowego

Sposoby podłączenia falownika spawalniczego.

W momencie włączenia urządzenia z prostownika sieciowego, zasilanie jest dostarczane do obwodu sterowania przez 15-woltowy stabilizator.

Po uruchomieniu obwodu sterującego tranzystorów kluczowych falownika, na dodatkowym uzwojeniu wtórnym transformatora wysokiej częstotliwości pojawia się napięcie. Jest on prostowany przez diody i przez cały ten sam stabilizator zaczyna zasilać obwód sterujący, podczas gdy jest on odłączony od prostownika sieciowego.

Schemat kontroli

Koordynacja działania przetwornika prądu typu inwerterowego jest realizowana przez obwód sterujący. Jego głównym elementem jest układ kontrolera PWM. Zadaniem tego układu jest przełączanie kluczowych tranzystorów falownika. Ich działanie jest kontrolowane przez sterownik PWM nie bezpośrednio, ale za pomocą dwóch kolejnych elementów: tranzystora polowego i transformatora izolującego.

Konwersja prądu w falowniku spawalniczym.

Z tranzystora polowego, prąd o wysokiej częstotliwości (około 65 kHz) o charakterystyce prostokątnej wchodzi do uzwojenia pierwotnego transformatora izolacyjnego. Transformator przekształca napięcie tego prądu na wartość niezbędną do sterowania kluczowymi tranzystorami falownika. Sygnały na nich pochodzą z dwóch uzwojeń wtórnych transformatora izolacyjnego, przy czym każde z uzwojeń jest podłączone do jednego tranzystora.

Oprócz tych elementów, obwód elektryczny karty sterującej i monitorującej zawiera tranzystory pomocnicze, które pomagają zamknąć kluczowe tranzystory obwodu falownika oraz diody Zenera, które chronią je przed skokami napięcia. Istnieje również ogranicznik prądu analizatora. Głównym elementem analizatora jest transformator, który znajduje się w obwodzie pierwotnym transformatora wysokiej częstotliwości zainstalowanego w jednostce mocy. Ogranicznik analizatora kontroluje prąd w falowniku spawarki i wykorzystuje sygnały pochodzące z pierwotnego uzwojenia transformatora mocy, aby dostosować prąd spawania i tworzenie impulsów przesyłanych do układu sterownika PWM.

Aby regulować prąd spawania, w obwodzie elektrycznym jednostki sterującej znajduje się rezystor zmienny, którego rezystancja jest ustawiana poprzez obrócenie pokrętła wyświetlanego na panelu sterowania spawarki inwertera.

Sterowanie wyjściem i napięciem sieciowym

Funkcjonalność falownika spawalniczego.

Oprócz wszystkich powyższych, zadaniem obwodu sterującego spawarki jest monitorowanie napięcia w sieci i na prostowniku wyjściowym. Aby to zrobić, jego obwód elektryczny jest zakończony wzmacniaczem operacyjnym. Niektóre z jego elementów są podłączone do prostownika sieciowego w celu wykrycia skoków napięcia w sieci energetycznej. W przypadku naruszeń elementy te odtwarzają sygnały ochrony prądu i napięcia, które trafiają do modułu sumującego, a następnie do generatora impulsów kontrolera PWM. Dlatego działanie generatora całego obwodu jest zablokowane.

Napięcie robocze na wyjściu konwertera jest monitorowane w podobny sposób. Jego wartość może odbiegać od normy w przypadku nieprawidłowego działania mostka diodowego prostownika sieciowego lub innych elementów. W tym przypadku obwód sterujący jest również wyłączony.

Blokowaniu obwodu towarzyszy doprowadzenie napięcia do diody sygnałowej, która informuje użytkownika spawarki o błędach.

Instrukcje dotyczące naprawy falownika spawalniczego

Jak każdy sprzęt, spawarki inwerterowe mogą zawieść. Często obserwuje się następujący symptom: urządzenie wydaje się być całkowicie nienaruszone („normalny” wyświetlacz jest podświetlony, w obudowie słychać wentylator), ale iskra nie pojawia się, gdy elektroda styka się z metalem. Czasem słychać niezwykły szum. W niektórych przypadkach naprawę urządzenia można przeprowadzić samodzielnie, bez angażowania specjalistów z firmy serwisowej.

Schemat spawania cienkiego metalu za pomocą spawania inwerterowego.

Zgodnie z instrukcją, przede wszystkim należy sprawdzić multimetrem stan bezpieczników termicznych zainstalowanych na grzejnikach różnych elementów zespołu napędowego. Temperatura, w której ich styki są otwarte, wynosi zazwyczaj 90 stopni. Oddzielne typy takich bezpieczników są jednorazowego użytku, po uruchomieniu muszą zostać zmienione. Inni otwierają obwód, gdy są przegrzani, ale kiedy chłodnica się ochłodzi, ponownie przywracają połączenie. Takie elementy mogą być instalowane na uzwojeniach pierwotnych transformatorów mocy. Ich wyzwalanie często prowadzi w błąd amatorów elektrycznych, którzy myślą, że nastąpiło przerwanie uzwojenia. Jeśli znajdziesz uszkodzony bezpiecznik termiczny, możesz spróbować skrócić jego kontakty. Ta opcja jest odpowiednia jako tymczasowe „leczenie”, pozwoli ci zakończyć pracę, jeśli jest to pilne.

Ponieważ ochrona przed przegrzaniem jest obecnie częściowo nieobecna, spawarka powinna być obsługiwana bardzo ostrożnie, całkowicie. Po zakończeniu pracy należy natychmiast przenieść się do sklepu z częściami radiowymi, aby kupić część zamienną.

Innym „czułym” miejscem spawania inwerterów jest prostownik wyjściowy, a dokładniej diody zawarte w jego składzie. Prądy, z którymi muszą pracować, osiągają 130 A i czasami powodują awarię tych diod.

Łatwo jest sprawdzić niesprawność prostownika wyjściowego za pomocą multimetru, ale bez „ciągłości” każdej diody oddzielnie, nie można określić, który z nich jest uszkodzony. Diody (trzy podwójne diody są tutaj używane) będą musiały zostać przylutowane i usunięte z radiatora, do którego są przykręcone. Grzejnik również będzie musiał zostać usunięty.

Sterujący inwerter spawalniczy.

Diody lutownicze i inne elementy mogą być trudne. W nowoczesnych inwerterach spawalniczych lutowanie odbywa się bardzo jakościowo, z dużą ilością lutowia, zwłaszcza w miejscach, w których występują prądy wysokoprądowe. Ponadto stosuje się lut bezołowiowy, którego temperatura topnienia jest wyższa niż w przypadku zwykłej ołowiu-cyny. Dlatego do lutowania diod i innych elementów lepiej jest użyć mocnej lutownicy o mocy 50 W, 40-watowy może nie wystarczyć. Zadanie komplikuje fakt, że musisz odlutować trzy piny w tym samym czasie, więc nie możesz się obejść bez dobrej rozgrzewki. Aby usunąć lut, możesz użyć rozlutownicy lub plecionki miedzianej.

Po wykryciu dziurkowanej diody (obie części można przebić w podwójnych diodach), należy kupić nową, taką samą lub podobną. Użytkownik powinien zwrócić uwagę na ważny fakt: wyjściowe diody prostownicze są szybkie, ich czas odzyskiwania wynosi tylko 50 ns. Tylko takie elementy mogą działać przy częstotliwości prądu przemiennego 60-80 kHz. Nie można tutaj instalować konwencjonalnych diod. W zagranicznych specyfikacjach szybkie diody mogą być nazywane Hyper-Fast, Ultra-Fast, Stealth Diode, Super-Fast, High Frequency Secondary Rectifier itp.

Przed zamontowaniem diod lub tranzystorów z kluczem należy nałożyć na chłodnicę świeżą warstwę pasty przewodzącej ciepło (KPT-8 lub podobnej). Pasta musi być nakładana w wystarczających ilościach, ale niezbyt obficie. Zapewnia odprowadzanie ciepła z elementu w kierunku grzejnika miedzianego lub aluminiowego.

Zdarza się, że z powodu zaniedbań podczas demontażu grzejnika uszkodzone zostały miedziane ścieżki i „łatka” płyty, są one zbudowane z cynowanego drutu miedzianego i są odpowiednio lutowane.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria:

Obróbka metalu