Sursa de curent de sudare invertor

Sursa de curent de sudură cu invertor (IIST, Mașină de sudură cu invertor, Invertor de sudură) este unul dintre tipurile moderne de sursă de energie cu arc de sudare .

Sursele de curent de sudare cu invertor pentru toate tipurile de sudare sunt dispuse în același mod. Diferența este doar în caracteristica curent-tensiune generată. Prin urmare, este posibil să se producă IIST-uri universale potrivite pentru diferite tipuri de sudare (MMA, TIG, MIG/MAG).

Istorie

Scopul principal al tuturor surselor de sudare este de a asigura arderea stabilă a arcului de sudură și aprinderea sa ușoară. Unul dintre cei mai importanți parametri ai procesului de sudare este rezistența acestuia la fluctuații și interferențe. Există mai multe tipuri de surse de putere cu arc de sudare - transformatoare , generatoare diesel sau pe benzină , redresoare și invertoare . Sursa invertorului de curent de sudare a apărut în secolul 20, iar la începutul secolului 21 a devenit una dintre cele mai populare mașini de sudură pentru toate tipurile de sudare cu arc.

Cum funcționează

Invertorul de sudură este un transformator de putere pentru scăderea tensiunii rețelei la tensiunea fără sarcină necesară a sursei, un bloc de circuite electrice de putere bazate pe tranzistoare MOSFET sau IGBT și un inductor stabilizator pentru a reduce ondulația curentului redresat. Principiul de funcționare al sursei invertorului a arcului de sudare este următorul: tensiunea alternativă de rețea este furnizată redresorului, după care modulul de putere transformă tensiunea continuă într-una alternativă cu o frecvență crescută, care este alimentată la o tensiune mare. -transformator de sudura in frecventa avand masa semnificativ mai mica decat reteaua, a carui tensiune, dupa redresare, este alimentata arcului de sudare. Arcul DC este mai stabil.

Beneficii

Avantajul sursei de alimentare cu invertor a arcului de sudare este de a reduce dimensiunea transformatorului de putere și de a îmbunătăți caracteristicile dinamice ale arcului. Utilizarea tehnologiilor cu invertor a condus la o reducere a dimensiunilor și greutății mașinilor de sudură, o îmbunătățire a calității arcului de sudură, o creștere a eficienței, stropire minimă în timpul sudării și a făcut posibilă implementarea ajustărilor netede ale parametrilor de sudare. .

Dezavantaje

• Până la sfârșitul anilor 2000, sursele invertoare erau mult mai scumpe decât sursele transformatoare și mai puțin fiabile. Începând cu anii 2010, prețul dispozitivelor cu invertor a scăzut semnificativ și este aproape de cele cu transformator. Fiabilitatea IIST a crescut, de asemenea, semnificativ, în special odată cu începerea utilizării în masă a modulelor IGBT .
• Factorul de sarcină limitat, care este asociat cu încălzirea semnificativă a elementelor circuitului.
• Sensibilitate crescută la umiditatea aerului și condensul din interiorul carcasei.
• Nivel ridicat (și adesea periculos) de interferențe electromagnetice de înaltă frecvență generate. Această problemă este parțial rezolvată prin utilizarea așa-numitei modulații îmbunătățite pe lățime a impulsului și redresoare sincrone în circuitele secundare. Cu toate acestea, aceste soluții cresc semnificativ costul și greutatea dispozitivului; prin urmare, și-au găsit aplicație doar în modelele profesionale staționare. Într-o serie de țări, cum ar fi Canada, Belgia și Țările de Jos, există restricții privind utilizarea surselor de alimentare cu comutare cu tranzistori de comutare „duri”. Cele mai vechi tipuri de invertoare de sudură (construite pe tranzistoare bipolare) au folosit principiul rezonant și comutarea tranzistorilor de ieșire la faza zero a curentului, ceea ce îngustează semnificativ spectrul de interferență electromagnetică și reduce puterea spectrală a acestora. Începând cu 2015, invertoarele de sudură de tip rezonant sunt încă produse în Rusia și de unii producători din China.

Circuiterie

Sursele de curent de sudare cu invertor pot fi construite după o varietate de scheme, dar în practică predomină trei:

1. Convertor de impuls înainte cu un singur ciclu cu control PWM și recuperare de energie. Astfel de invertoare sunt cele mai simple, mai ușoare și mai compacte, dar tranzistoarele de putere comută cu o întrerupere a curentului la o tensiune diferită de zero, ceea ce duce la pierderi semnificative de comutare și la un nivel ridicat de interferență electromagnetică. Circuitul poate fi implementat doar pe MOSFET-uri puternice de mare viteză sau tranzistoare IGBT, prin urmare, a devenit larg răspândit abia la începutul anilor 2010. Circuitul necesită, de asemenea, diode puternice, cu un timp de recuperare invers extrem de scurt. Performanța circuitului depinde în mare măsură de intensitatea tranzitorilor de pe capacitățile și inductanțele parazite ale componentelor, firelor și plăcii de circuit imprimat, ceea ce necesită o proiectare atentă și o fabricație de înaltă precizie. Circuitul este utilizat în aparatele de sudură portabile proiectate pentru putere redusă (până la 4 kW). În ciuda numărului mic de componente, astfel de invertoare sunt destul de scumpe, 60-70% din cost fiind tranzistori și diode speciale. Schema este comună în rândul producătorilor europeni și japonezi.
2. Convertor push-pull semi-punte sau punte cu control PWM. Pierderile de comutare și nivelul de interferență electromagnetică din ele sunt mai mici din cauza „pătarii” lor spectrale decât în ​​tipul anterior, dar încă destul de ridicate. Circuitul este mai complex și necesită mai multe componente, dar puterea dezvoltată de convertor este semnificativ mai mare decât în ​​circuitele cu un singur ciclu (până la 10 kW). De asemenea, sunt necesare MOSFET-uri sau IGBT-uri de mare viteză cu disipare mare a puterii de impuls, deși mai puțin decât într-un circuit cu un singur capăt. Cerințele pentru diode sunt, de asemenea, semnificativ mai mici decât într-un circuit cu un singur capăt. Performanța circuitului depinde, dar într-o măsură mai mică decât cea a circuitelor cu un singur capăt, de intensitatea tranzitorilor pe capacități și inductanțe parazite ale componentelor, firelor și a unei plăci de circuit imprimat. Flexibilitatea, viteza și acuratețea controlului PWM vă permit să controlați curentul arcului în conformitate cu legi complexe, ceea ce îmbunătățește calitatea sudurii. Schema este populară printre producătorii americani și coreeni.
3. Convertor rezonant semi-punte sau punte cu control de frecvență sau fază. Prezența unui circuit rezonant special introdus face posibilă formarea traiectoriei optime de comutare a tranzistorilor la tensiune zero sau curent zero, precum și nivelarea influenței capacităților și inductanțelor parazite. Nu există cerințe speciale pentru viteza de comutare și puterea tranzistoarelor, deoarece procesele de comutare au loc pasiv. Acest lucru face posibilă construirea unor astfel de invertoare folosind tranzistoare și diode ieftine. Chiar și tranzistoarele bipolare sunt potrivite. Puterea invertoarelor rezonante poate ajunge la zeci de kilowați. Cu toate acestea, circuitul rezonant trebuie să aibă o capacitate energetică semnificativă și, în consecință, dimensiuni mari. Prin urmare, astfel de dispozitive sunt destul de mari și grele. Având în vedere lipsa de exigență a convertoarelor rezonante față de caracteristicile tranzistoarelor, prețul unor astfel de produse poate fi relativ scăzut. Din acest motiv, majoritatea invertoarelor de sudură fabricate în Rusia și China sunt realizate folosind circuite rezonante. Traductoarele rezonante sunt, de asemenea, disponibile pentru producția artizanală. Traductorul rezonant are o gamă relativ îngustă și o viteză scăzută de reglare, astfel încât pe el pot fi implementate numai legi de control al curentului de arc relativ simple.

Note

Literatură

Invenții:

• Bogdanov N. N. , Kvezereli T. I. Sursă invertor DC pentru sudarea cu arc. Certificat de autor pentru invenția Comitetului de Stat pentru Invenție al URSS Nr. 1489934 din 1 martie 1989 (prioritatea invenției 19 octombrie 1989)
• Bogdanov N. N., Kvezereli T. I., Mikeladze A. L. Sursă de energie pentru sudare cu invertor. Certificat de autor pentru invenția Comitetului de Stat pentru Invenție al URSS nr. 1530367 din 22 august 1989 (prioritatea invenției 7 decembrie 1987)

Link -uri

• Schema sursei invertorului de curent de sudare Copie arhivată din 28 septembrie 2015 pe Wayback Machine
• Teoria sursei de putere de sudare cu invertor