Prehľad štandardnej schémy invertorových zváracích strojov

Stabilný klesajúci trend v cenách invertorových zváracích strojov viedol k výraznému zvýšeniu popularity tohto zariadenia tak medzi profesionálmi, ako aj medzi tými, ktorí používajú zváranie len pre svoje vlastné potreby. Je úplne pochopiteľné, že mnohí používatelia, ktorí majú takéto zariadenie, majú záujem o štruktúru a princíp fungovania, pretože informácie tohto druhu pomôžu opraviť zariadenie v prípade poruchy alebo dokonca zlepšiť lacný model s "skrátenými" funkciami. Ako uvidíme neskôr, nie je ťažké sa s týmito otázkami zaoberať, stačí mať základné vedomosti o elektrotechnike.

Invertorové zváracie stroje

Invertorové zváracie stroje.

Všeobecné informácie

Elektrický obvod rôznych modelov zváracích meničov sa môže v niektorých detailoch líšiť, ale vo všeobecnosti všetky tieto zariadenia pracujú podľa rovnakého princípu. Hlavnou úlohou každého z nich je previesť elektrickú energiu prichádzajúcu zo siete tak, aby sa na výstupe dostal veľký prúd. Proces premeny je rozdelený do niekoľkých etáp:

Obvodový zvárací invertor škrtiacej klapky

Obvodový zvárací invertor škrtiacej klapky.

  • náprava striedavého prúdu z elektrickej siete;
  • DC konverziu späť na AC, ale s omnoho vyššou kmitočtovou frekvenciou;
  • zosilnenie striedavého vysokofrekvenčného prúdu znížením jeho napätia;
  • rovnomerný vysokofrekvenčný striedavý prúd.

Ktokoľvek, kto má najmenej trochu znalý počítačového "hardvéru", vie, že spínací zdroj osobného počítača pracuje rovnakým spôsobom. Centrálnym bodom tohto obvodu je zvýšenie frekvencie striedavého prúdu a to je práve úloha, ktorú vykonáva menič. Na čo to je? Faktom je, že rozmery a hmotnosť transformátora závisia nielen od jeho sily, ale aj od frekvencie prúdu, pre ktorý je určený na premenu. Čím je frekvencia nižšia, tým je masívnejšia a väčšia je transformácia. Táto závislosť je veľmi dôležitá. Napríklad pri štvornásobnom zvýšení frekvencie striedavého prúdu sa rozmery transformátora znižujú o polovicu. Obvod invertora zvyšuje frekvenciu elektrického prúdu z 50 Hz na 60-80 kHz, takže nárast hmotnosti a veľkosti je celkom hmatateľný. Výsledkom je ľahký a kompaktný zvárací stroj, ktorého výroba vyžaduje oveľa menej materiálov, vrátane drahej medi.

Ďalej uvažujeme podrobnejšie hlavné bloky invertorového zariadenia a ich vzájomné vzťahy.

Späť na obsah

Napájacia jednotka: sieťový usmerňovač

Schéma invertorového zváracieho stroja

Schéma invertorového zváracieho stroja.

Zvláštnosťou invertorového obvodu je, že jeho práca vyžaduje konštantný prúd. Striedavý prúd bežného zdroja napájania napájaný 220 V a frekvenciou 50 Hz je preto primárne podrobený náprave. Usmerňovacie obvody obsahujú diódový mostík a dva kondenzátory, ktorých úlohou je plynulé pulzovanie. Vzhľadom na vysoký výkon prúdu sa diódový most dostatočne zohreje počas prevádzky, takže je vybavený radiátorom s tepelnou poistkou. Druhý spôsob vykoná otváranie obvodu pri zahrievaní na teplotu 90 stupňov.

Na výstupe diódového mostíka sa získava pulzujúci jednosmerný prúd s napätím 220 V, ale na kondenzátoroch sa zvyšuje o 1,41 krát a je už 310 V. Vzhľadom na možnosť počiatočného skoku v smere nárastu sú kondenzátory inštalované v sieťovom usmerňovači invertorového zváracieho stroja, aby odolali napätiu až 400 In (zodpovedá počiatočnému napätiu 280 V).

Sieťový usmerňovač je pripojený k zdroju napájania cez filter elektromagnetickej kompatibility, ktorý zabraňuje vysokofrekvenčnému rušeniu pri prevádzke meniča do elektrickej siete.

Obvod napájacieho obvodu invertorového zváračky

Obvod napájacieho obvodu invertorového zváračky.

Bezprostredne po zapnutí zváracieho zariadenia môže nabíjací prúd dodávaný do kondenzátorov dosiahnuť hodnotu, ktorá je dostatočná na vypnutie diódového mostíka. Aby sa tomu zabránilo, všetky typy zváracích meničov sú vybavené okruhom s jemným štartom. Realizuje sa pomocou relé a odporu, ktorého výkon je približne 8 W a odpor je okolo 50 Ohmov (pri rôznych modeloch zváracích meničov sa vlastnosti odporu môžu líšiť od tých, ktoré sú uvedené). Odpor je pripojený k obvodu usmerňovača a v čase zapnutia zvárača oslabuje štartovací prúd. Po vstupe zariadenia do prevádzkového režimu sa aktivuje relé, ktoré uzatvára rezistorové svorky tak, aby prúd pretekal už "za".

Späť na obsah

Invertor: pracovný princíp

Elektrický obvod meniča, ktorý je vybavený zváracími strojmi tohto typu, obsahuje dva kľúčové tranzistory, ktoré sú spojené podľa princípu "šikmého mosta". Ich zvláštnosťou je, že môžu prepínať s veľmi vysokou frekvenciou od 60 do 80 kHz. V tomto prípade sa jednosmerný prúd pretekajúci do meniča mení na striedavý prúd, ktorý má rovnakú frekvenciu. Z bežného prúdu v elektrickej sieti sa tiež líši svojou charakteristikou: nie je sínusový, ale pravouhlý.

Na chladič sú nainštalované kľúčové tranzistory, čo umožňuje zabrániť prehriatiu. Ochrana proti nadmernému napätiu zabezpečuje RC odbočný obvod.

Späť na obsah

Vysokofrekvenčný (pulzný) transformátor

Princíp činnosti meniča

Princíp činnosti meniča.

Hlavnou časťou akéhokoľvek zváracieho stroja je zostupný transformátor. Jeho konštrukcia v invertorových zariadeniach je takmer rovnaká ako zvyčajne, ale zároveň je kompaktnejšia. Ďalším dôležitým rozdielom je prítomnosť dodatočného sekundárneho vinutia, ktoré sa používa na napájanie riadiaceho obvodu.

Primárne vinutie vysokofrekvenčného transformátora je napájané striedavým prúdom vytváraným meničom s napätím 310 V a frekvenciou niekoľkých desiatok kilohertzov. Na výstupe sekundárneho vinutia, ktorý má menší počet závitov, sa napätie znižuje na 60-70 V a prúd sa zvyšuje na 110-130 A. Zostáva preň, aby prešiel ešte jednou, poslednou etapou.

Späť na obsah

Výstupný usmerňovač

Prúd prichádzajúci z vysokofrekvenčného transformátora sa musí premeniť na konštantný prúd - práve takýto prúd je potrebný na zváranie. Na tento účel je invertorový zvárací stroj vybavený výstupným usmerňovačom, ktorého elektrický obvod pozostáva z dvojitých diód so spoločnou katódou. Odlišujú sa od bežných diód vysokou rýchlosťou. Cyklus otvoreného uzatvorenia týchto prvkov je iba 50 nanosekund (táto charakteristika sa nazýva čas na obnovenie). Táto kvalita je potrebná pre prácu s ultra vysokými frekvenciami.

Diódy výstupného usmerňovača sú nainštalované aj na radiátore a pre svoju ochranu je táto jednotka vybavená RC obvodom.

Späť na obsah

Štartovacie obvody

Spôsoby pripojenia zváracieho meniča

Spôsoby pripojenia zváracieho meniča.

V okamihu zapnutia prístroja zo sieťového usmerňovača sa napájanie dodáva do riadiaceho obvodu pomocou 15voltového stabilizátora.

Po spustení riadiaceho obvodu tranzistorov kľúča meniča sa na prídavnom sekundárnom vinutí vysokofrekvenčného transformátora zobrazí napätie. Opravuje sa diódami a cez rovnaký stabilizátor začne napájanie riadiaceho obvodu, keď je odpojený od sieťového usmerňovača.

Späť na obsah

Schéma kontroly

Koordinácia meniča prúdového meniča pracuje riadiacim obvodom. Jeho hlavným prvkom je čip regulátora PWM. Úlohou tohto čipu je prepínanie kľúčových tranzistorov meniča. Ich činnosť je riadená regulátorom PWM nie priamo, ale pomocou dvoch po sebe nasledujúcich prvkov: tranzistor s poľom a izolovaný transformátor.

Aktuálna konverzia v zváracom meniči

Aktuálna konverzia v zváracom meniči.

Z tranzistorov s efektom poľa vstupuje vysokofrekvenčný (približne 65 kHz) prúd s obdĺžnikovou charakteristikou do primárneho vinutia izolačného transformátora. Transformátor konvertuje napätie tohto prúdu na hodnotu, ktorá je potrebná na ovládanie kľúčových tranzistorov meniča. Signály na nich pochádzajú z dvoch sekundárnych vinutia izolačného transformátora, pričom každé z vinutia je spojené s jedným tranzistorom.

Okrem týchto prvkov obsahuje elektrický obvod riadiacej a monitorovacej dosky pomocné tranzistory, ktoré pomáhajú zatvárať kľúčové tranzistory meničového obvodu a zenerové diódy, ktoré ich chránia pred prepätiami napätia. K dispozícii je tiež obmedzovač prúdu analyzátora. Hlavným prvkom analyzátora je transformátor, ktorý je súčasťou primárneho obvodu vysokofrekvenčného transformátora inštalovaného v pohonnej jednotke. Obmedzovač analyzátora riadi prúd v konvertore zváracieho stroja a používa signály z primárneho vinutia výkonového transformátora na nastavenie zváracieho prúdu a tvorby impulzov prenášaných do čipu riadiacej jednotky PWM.

Na reguláciu zváracieho prúdu sa v elektrickom obvode riadiacej jednotky zapína premenlivý odpor, ktorého odpor je nastavený otáčaním gombíka na ovládacom paneli zváracieho zariadenia meniča.

Späť na obsah

Ovládanie výstupného a sieťového napätia

Funkcia meniča zvárania

Funkčnosť zváracieho invertora.

Okrem vyššie uvedeného je úlohou riadiaceho obvodu zváracieho stroja monitorovať napätie v sieti a na výstupnom usmerňovači. Za týmto účelom je jeho elektrický obvod doplnený operačným zosilňovačom. Niektoré z jeho prvkov sú pripojené k sieťovému usmerňovaču na detekciu napätia v elektrickej sieti. V prípade porušenia tieto prvky reprodukujú signály ochrany prúdu a napätia, ktoré smerujú do modulu sumácie a potom do generátora impulzov regulátora PWM. Prevádzka generátora celého obvodu je preto zablokovaná.

Podobne je monitorované prevádzkové napätie na výstupe meniča. Jeho hodnota sa môže odchýliť od normy v prípade poruchy fungovania diódového mostíka sieťového usmerňovača alebo iných prvkov. V tomto prípade je riadiaci obvod tiež vypnutý.

Blokovanie okruhu je sprevádzané napájaním signálnej diódy, ktoré upozorňuje používateľa zváracieho zariadenia na poruchy.

Späť na obsah

Návod na opravu zváracieho stroja-invertora

Rovnako ako akékoľvek zariadenie, zváracie stroje s invertorom môžu zlyhať. Nasledujúci príznak je často pozorovaný: zariadenie sa zdá byť úplne neporušené ("normálny" displej je zapnutý, ventilátor je v kufríku počuť), ale keď sa elektróda dostane do kontaktu s kovom, nezobrazí sa iskra. Niekedy môžete počuť nezvyčajný bzučanie. V niektorých prípadoch môže byť oprava zariadenia vykonaná samostatne, bez zapojenia špecialistov zo servisnej spoločnosti.

Schéma zvárania tenkého kovu s použitím invertorového zvárania

Schéma zvárania tenkého kovu s použitím invertorového zvárania.

Podľa pokynov treba najskôr skontrolovať pomocou multimetra stav tepelných poistiek inštalovaných na radiátoroch rôznych prvkov v pohonnej jednotke. Teplota, pri ktorej sú ich kontakty otvorené, je typicky 90 stupňov. Samostatné typy týchto poistiek sú jednorazové, po spustení je potrebné ich zmeniť. Iní pri prehriatí otvárajú okruh, ale keď sa chladič ochladí, obnovia spojenie. Takéto prvky môžu byť inštalované na primárnych vinutia výkonových transformátorov. Ich spúšťanie často vedie k zbytočnému elektrickému amatérovi, ktorý si myslí, že došlo k prerušeniu vo vinutí. Ak zistíte vadnú tepelnú poistku, môžete sa pokúsiť skrátiť jej kontakty. Táto možnosť je vhodná ako dočasná "úprava", umožní vám dokončiť prácu, ak je to naliehavé.

Pretože ochrana proti prehriatiu je čiastočne neprítomná, zváračka by mala byť veľmi opatrná, úplne. Po dokončení práce by ste sa mali ihneď presťahovať do obchodu s rádiovými dielmi a zakúpiť náhradnú časť.

Ďalším "citlivým" miestom zváracích meničov je výstupný usmerňovač, presnejšie diódy zahrnuté v jeho zložení. Prúd, s ktorými musia pracovať, dosahuje hodnotu 130 A a niekedy spôsobuje poruchu týchto diód.

Je ľahké overiť nefunkčnosť výstupného usmerňovača pomocou multimetra, ale bez "kontinuity" každej diódy oddelene, nie je možné určiť, ktorá z nich je porušená. Diódy (tu sú použité tri dvojité diódy) budú musieť byť spájkované a odstránené z chladiča, do ktorého sú skrutkované. Radiátor bude tiež musieť byť odstránený.

Ovládač meniča zvárania

Ovládanie zváracieho meniča.

Spájkovacie diódy a iné prvky môžu byť ťažké. V moderných meničoch zvárania sa spájkovanie vykonáva veľmi kvalitatívne, s veľkým množstvom spájky, najmä na tých miestach, kde sú vysokoprúdové prúdy. Okrem toho sa používa pájka bez olova, ktorej teplota topenia je vyššia ako teplota obvyklého olova-cínu. Pre spájkovacie diódy a iné prvky je preto lepšie použiť silný spájkovač 50 W, 40 watt nemusí postačovať. Úloha je komplikovaná skutočnosťou, že musíte vypnúť tri výstupy súčasne, takže nemôžete robiť bez dobrého zahriatia. Ak chcete odstrániť spájkovačku, môžete použiť odšťavovač alebo medené opletenie.

Po detekcii dierovanej diódy (obidve časti môžu byť dierované v dvojitých diódach), mali by ste si kúpiť nový, rovnaký alebo podobný. Užívateľ by mal venovať pozornosť dôležitému faktu: výstupné usmerňovacie diódy sú rýchle, ich doba obnovy je iba 50 ns. Iba takéto prvky môžu pracovať s frekvenciou striedavého prúdu 60-80 kHz. Konvenčné diódy sa tu nedajú nainštalovať. V zahraničných špecifikáciách môžu byť vysokorýchlostné diódy označované ako Hyper-Fast, Ultra-Fast, Stealth dióda, Super-Fast, Sekundárny usmerňovač s vysokou frekvenciou atď.

Pred montážou diód alebo kľúčových tranzistorov by sa mala na radiátor aplikovať čerstvá vrstva tepelne vodivých pastov (KPT-8 alebo podobných). Pasta sa musí aplikovať v dostatočných množstvách, ale nie príliš zrozumiteľne. Poskytuje odvádzanie tepla z prvku v smere medeného alebo hliníkového chladiča.

Spájkovacie diódy by sa mali vykonávať veľmi opatrne. Vzhľadom na veľkú silu prúdu pri nesprávne pripojeniach sa bude pozorovať silné vykurovanie a výrazné straty energie.

Stáva sa, že z dôvodu nedbanlivosti počas demontáže chladiča boli medené stopy a "škvrny" dosky poškodené, zväčšené medeným pocínovaným drôtom a správne spájané.

Pridať komentár