เครื่องเชื่อมอินเวอร์เตอร์

ความสนใจอย่างมากและความนิยมสูงสุดที่เพิ่มขึ้นในทศวรรษที่ผ่านมาในการออกแบบเครื่องเชื่อมใหม่ที่ทำงานบนหลักการของอินเวอร์เตอร์นั้นเกิดจากสาเหตุหลักดังต่อไปนี้:

• เพิ่มคุณภาพตะเข็บ

• ความพร้อมใช้งานของการทำงานแม้สำหรับช่างเชื่อมมือใหม่เนื่องจากการรวมฟังก์ชั่นที่ซับซ้อนสำหรับการสตาร์ทร้อน การป้องกันการเกาะติดของอิเล็กโทรดและการเผาไหม้ส่วนโค้ง

• ลดการออกแบบอุปกรณ์เชื่อมให้น้อยที่สุดเพื่อให้มั่นใจในความคล่องตัว

• ประหยัดพลังงานได้มากเมื่อเทียบกับหม้อแปลงไฟฟ้า

ข้อได้เปรียบเหล่านี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในแนวทางของเทคโนโลยีในการสร้างส่วนโค้งเชื่อมบนอิเล็กโทรด เนื่องจากการแนะนำของความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์

อินเวอร์เตอร์เชื่อมเป็นอย่างไร

ใช้พลังงานจากไฟฟ้า 220 V 50 Hz ซึ่งมาจากเต้ารับไฟฟ้าทั่วไป (อุปกรณ์ที่ทำงานในเครือข่ายสามเฟสใช้อัลกอริธึมที่คล้ายกัน) ข้อจำกัดเดียวที่คุณควรใส่ใจคือการใช้พลังงานของอุปกรณ์ต้องไม่เกินพิกัดของอุปกรณ์ป้องกันไฟหลักและคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของสายไฟ

ลำดับของวงจรเทคโนโลยีทั้งห้าที่ใช้ในการสร้างอาร์คการเชื่อมจากอินเวอร์เตอร์แสดงอยู่ในรูปภาพ

ซึ่งรวมถึงกระบวนการที่ดำเนินการโดย:

• วงจรเรียงกระแส;

• ตัวกรองเส้นคอนเดนเซอร์

• ตัวแปลงความถี่สูง

• หม้อแปลงสเต็ปดาวน์แรงดันไฟฟ้าความถี่สูง

• วงจรเรียงกระแสความถี่สูง

• รูปแบบการควบคุม

อุปกรณ์ทั้งหมดนี้อยู่บนกระดานภายในกล่อง เมื่อถอดฝาครอบออกจะมีลักษณะเหมือนที่แสดงในภาพ

วงจรเรียงกระแสแรงดันไฟหลัก

มันมาพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าสลับของเครือข่ายไฟฟ้าที่อยู่กับที่ผ่านสวิตช์แบบแมนนวลที่อยู่บนตัวเครื่อง มันถูกแปลงโดยไดโอดบริดจ์เป็นค่าการเต้นเป็นจังหวะ พลังงานทั้งหมดของส่วนเชื่อมจะผ่านองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์ของบล็อกนี้ ดังนั้นพวกเขาจึงถูกเลือกด้วยแรงดันและกระแสที่จำเป็น

เพื่อปรับปรุงการกระจายความร้อน ชุดประกอบไดโอดซึ่งได้รับความร้อนอย่างรุนแรงระหว่างการทำงานจะติดตั้งบนหม้อน้ำระบายความร้อน ซึ่งจะถูกเป่าเพิ่มเติมโดยอากาศที่จ่ายมาจากพัดลม

ความร้อนของไดโอดบริดจ์ถูกควบคุมโดยเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่ตั้งค่าเป็นโหมดเทอร์มอลฟิวส์ เป็นองค์ประกอบป้องกันเมื่อไดโอดได้รับความร้อนถึง +90 ОC จะเปิดวงจรไฟฟ้า

ตัวกรองเส้นคอนเดนเซอร์

ควบคู่ไปกับหน้าสัมผัสเอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสซึ่งสร้างแรงดันกระเพื่อม ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าอันทรงพลังสองตัวจะเชื่อมต่อเพื่อทำงานร่วมกัน พวกมันปรับความผันผวนของระลอกคลื่นให้เรียบขึ้นและถูกเลือกด้วยขอบแรงดันไฟฟ้าเสมอแม้ในโหมดตัวกรองปกติ จะเพิ่มขึ้น 1.41 เท่า และถึง 220 x 1.41 = 310 โวลต์

ด้วยเหตุนี้ ตัวเก็บประจุจึงถูกเลือกสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานอย่างน้อย 400 V ความจุของตัวเก็บประจุจะถูกคำนวณสำหรับแต่ละโครงสร้างตามกำลังของกระแสเชื่อมสูงสุด โดยปกติจะมีค่าตั้งแต่ 470 ไมโครฟารัดขึ้นไปสำหรับตัวเก็บประจุตัวเดียว

ตัวกรองสัญญาณรบกวน

อินเวอร์เตอร์เชื่อมที่ใช้งานได้จะแปลงพลังงานไฟฟ้าให้เพียงพอเพื่อทำให้เกิดสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยวิธีนี้จะรบกวนอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่น ๆ ที่เชื่อมต่อกับเครือข่าย หากต้องการลบออกที่อินพุตวงจรเรียงกระแส ให้ตั้งค่า ตัวกรองอุปนัย - ตัวเก็บประจุ.

จุดประสงค์คือเพื่อลดการรบกวนความถี่สูงที่มาจากวงจรการทำงานไปยังเครือข่ายไฟฟ้าของผู้ใช้ไฟฟ้ารายอื่น

อินเวอร์เตอร์

การแปลงแรงดันไฟตรงเป็นความถี่สูงสามารถทำได้ตามหลักการที่แตกต่างกัน

ในอินเวอร์เตอร์เชื่อม วงจรสองประเภทที่ทำงานบนหลักการ "สะพานเอียง" มักพบบ่อยที่สุด:

• ตัวแปลงพัลส์ครึ่งสะพานครึ่งสะพาน

• ตัวแปลงพัลส์แบบเต็มสะพาน

รูปแสดงการใช้งานวงจรแรก

ที่นี่ใช้สวิตช์ทรานซิสเตอร์ทรงพลังสองตัว สามารถประกอบเข้ากับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบอนุกรมได้ มอสเฟต หรือ ไอจีบีที.

Cascade MOSFET ทำงานได้ดีในอินเวอร์เตอร์แรงดันต่ำและยังรองรับแรงเชื่อมได้ดีอีกด้วย สำหรับการชาร์จ/คายประจุเร็วความจุสูง พวกเขาต้องการไดรเวอร์พุชที่มีการควบคุมสัญญาณป้องกันเฟสเพื่อชาร์จตัวเก็บประจุแบบเร็วด้วยทรานซิสเตอร์หนึ่งตัว และสั้นลงกราวด์เพื่อคายประจุด้วยอีกอันหนึ่ง

Bipolar IGBT กำลังได้รับความนิยมในเครื่องเชื่อมอินเวอร์เตอร์พวกเขาสามารถส่งพลังงานขนาดใหญ่ที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงได้อย่างง่ายดาย แต่ต้องการอัลกอริธึมการควบคุมที่ซับซ้อนมากขึ้น

รูปแบบของตัวแปลงพัลส์ครึ่งสะพานพบได้ในโครงสร้างของอินเวอร์เตอร์เชื่อมของหมวดราคากลาง มีประสิทธิภาพดี เชื่อถือได้ เป็นหม้อแปลงไฟฟ้า พัลส์สี่เหลี่ยม ด้วยความถี่สูงหลายสิบกิโลเฮิรตซ์

ตัวแปลงพัลส์บริดจ์แบบเต็มนั้นซับซ้อนกว่าโดยมีทรานซิสเตอร์เพิ่มเติมสองตัว

ใช้ประโยชน์จากความเป็นไปได้ทั้งหมดของหม้อแปลงความถี่สูงที่มีสวิตช์ทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นคู่ในโหมดของสะพานเอียงสองอันรวมกัน

วงจรนี้ใช้ในอินเวอร์เตอร์เชื่อมที่ทรงพลังและมีราคาแพงที่สุด

ทรานซิสเตอร์หลักทั้งหมดติดตั้งบนฮีทซิงค์อันทรงพลังเพื่อระบายความร้อน นอกจากนี้ ยังได้รับการปกป้องเพิ่มเติมจากแรงดันไฟกระชากที่อาจเกิดขึ้นได้โดยการทำให้ RC ฟิลเตอร์หมาดๆ

หม้อแปลงความถี่สูง

นี่คือโครงสร้างหม้อแปลงแบบพิเศษ โดยปกติจะเป็นวงจรแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ ซึ่งจะลดแรงดันไฟฟ้าความถี่สูงลงหลังจากอินเวอร์เตอร์โดยมีการสูญเสียน้อยที่สุดจนถึงการจุดระเบิดด้วยอาร์คที่เสถียรที่ประมาณ 60 — 70 โวลต์

กระแสเชื่อมขนาดใหญ่ถึงหลายร้อยแอมแปร์ไหลในขดลวดทุติยภูมิ ดังนั้นเมื่อแปลงปริมาตร / H พลังงานที่มีค่ากระแสค่อนข้างต่ำและแรงดันสูงในขดลวดทุติยภูมิกระแสเชื่อมจะเกิดขึ้นพร้อมกับแรงดันไฟฟ้าที่ลดลงแล้ว

เนื่องจากการใช้ความถี่สูงและการเปลี่ยนไปใช้วงจรแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ทำให้น้ำหนักและขนาดของหม้อแปลงลดลงอย่างมาก การสูญเสียพลังงานเนื่องจากการกลับขั้วของแม่เหล็กเหล็กจึงลดลงและประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น

ตัวอย่างเช่น หม้อแปลงเชื่อมของการออกแบบเก่าที่มีแกนแม่เหล็กเหล็ก ให้กระแสเชื่อม 160 แอมแปร์ หนักประมาณ 18 กก. และความถี่สูง (ที่มีลักษณะทางไฟฟ้าเหมือนกัน) น้อยกว่า 0.3 กิโลกรัมเล็กน้อย

ข้อได้เปรียบในด้านน้ำหนักของอุปกรณ์และในสภาพการทำงานนั้นชัดเจน

วงจรเรียงกระแสเอาท์พุท

มีพื้นฐานมาจากสะพานที่ประกอบขึ้นจากไดโอดความเร็วสูงพิเศษที่มีความเร็วสูงมาก ซึ่งสามารถตอบสนองกระแสความถี่สูงได้ — เปิดและปิดด้วยเวลาการกู้คืนประมาณ 50 นาโนวินาที

ไดโอดทั่วไปไม่สามารถรับมือกับงานนี้ได้ ระยะเวลาชั่วคราวของพวกเขาสอดคล้องกับประมาณครึ่งหนึ่งของช่วงเวลาของฮาร์มอนิกไซน์ของกระแสหรือประมาณ 0.01 วินาที ด้วยเหตุนี้พวกเขาจึงร้อนขึ้นและไหม้อย่างรวดเร็ว

พาวเวอร์ไดโอดบริดจ์ เช่น ทรานซิสเตอร์ของหม้อแปลงไฟฟ้าแรงสูง วางอยู่บนฮีตซิงก์และป้องกันโดยวงจร RC ที่ทำให้หน่วงจากแรงดันไฟกระชาก

ขั้วต่อเอาต์พุตของวงจรเรียงกระแสทำด้วยทองแดงหนาสำหรับการเชื่อมต่อที่ปลอดภัยของสายเชื่อมกับวงจรอิเล็กโทรด

ลักษณะของรูปแบบการควบคุม

การทำงานทั้งหมดของอินเวอร์เตอร์เชื่อมถูกควบคุมและควบคุมโดยโปรเซสเซอร์ผ่านข้อเสนอแนะโดยใช้เซ็นเซอร์ต่าง ๆ สิ่งนี้ให้พารามิเตอร์กระแสเชื่อมที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเชื่อมโลหะทุกประเภท

ด้วยปริมาณโหลดที่แม่นยำ การสูญเสียพลังงานระหว่างการเชื่อมจึงลดลงอย่างมาก

ในการใช้งานวงจรควบคุม แรงดันไฟฟ้าคงที่คงที่จะถูกส่งมาจากแหล่งจ่ายไฟ ซึ่งเชื่อมต่อภายในกับวงจรอินพุต 220 Vความตึงเครียดนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อ:

• พัดลมระบายความร้อนสำหรับหม้อน้ำและบอร์ด

• รีเลย์สตาร์ทอ่อน

• ไฟแสดงสถานะ LED;

• จ่ายไฟให้กับไมโครโปรเซสเซอร์และแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน

รีเลย์สำหรับอินเวอร์เตอร์ซอฟต์สตาร์ทนั้นชัดเจนจากชื่อ ทำงานบนหลักการต่อไปนี้: ในขณะที่เปิดอินเวอร์เตอร์ตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าของตัวกรองเครือข่ายจะเริ่มชาร์จอย่างรวดเร็ว กระแสชาร์จสูงมากและอาจทำให้ไดโอดเรียงกระแสเสียหายได้

เพื่อป้องกันสิ่งนี้ ประจุจะถูกจำกัดโดยตัวต้านทานที่ทรงพลัง ซึ่งตัวต้านทานแบบแอคทีฟจะลดกระแสไหลเข้าเริ่มต้น เมื่อตัวเก็บประจุถูกชาร์จและอินเวอร์เตอร์เริ่มทำงานในโหมดการออกแบบ รีเลย์ซอฟต์สตาร์ทจะเปิดใช้งานและผ่านหน้าสัมผัสที่เปิดตามปกติจะจัดการกับตัวต้านทานนี้ ดังนั้นจึงเป็นการถอดออกจากวงจรรักษาเสถียรภาพ

ลอจิกของอินเวอร์เตอร์เกือบทั้งหมดอยู่ภายในตัวควบคุมไมโครโปรเซสเซอร์ ควบคุมการทำงานของทรานซิสเตอร์ที่ทรงพลังของตัวแปลง

การป้องกันแรงดันไฟเกินของทรานซิสเตอร์กำลังเกตและอิมิตเตอร์ขึ้นอยู่กับการใช้ซีเนอร์ไดโอด

เซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับวงจรที่คดเคี้ยวของหม้อแปลงความถี่สูง - หม้อแปลงกระแส ซึ่งวงจรทุติยภูมิจะส่งสัญญาณตามสัดส่วนของขนาดและมุมสำหรับการประมวลผลทางลอจิก ด้วยวิธีนี้ ความแรงของกระแสเชื่อมจะถูกควบคุมให้ส่งผลกระทบต่อกระแสเชื่อมระหว่างการเริ่มต้นและการทำงานของอินเวอร์เตอร์

ในการควบคุมขนาดของแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่อินพุตของวงจรเรียงกระแสหลักของอุปกรณ์ให้เชื่อมต่อไมโครเซอร์กิตแอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานโดยจะวิเคราะห์สัญญาณจากการป้องกันแรงดันและกระแสไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง โดยระบุช่วงเวลาของสถานการณ์ฉุกเฉินเมื่อจำเป็นต้องปิดกั้นการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและถอดอินเวอร์เตอร์ออกจากแหล่งจ่ายไฟ

ค่าเบี่ยงเบนสูงสุดของแรงดันไฟฟ้าถูกควบคุมโดยเครื่องเปรียบเทียบ มันถูกกระตุ้นเมื่อถึงค่าพลังงานวิกฤต สัญญาณของมันถูกประมวลผลตามลำดับโดยองค์ประกอบลอจิกเพื่อปิดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและอินเวอร์เตอร์

สำหรับการปรับกระแสของอาร์คเชื่อมด้วยตนเองจะใช้โพเทนชิออมิเตอร์แบบปรับซึ่งปุ่มจะถูกดึงออกมาที่ตัวเครื่อง การเปลี่ยนความต้านทานช่วยให้สามารถใช้วิธีการควบคุมวิธีใดวิธีหนึ่งได้ ซึ่งส่งผลต่อ:

• แอมพลิจูดเป็น / ชั่วโมง แรงดันไฟฟ้าของอินเวอร์เตอร์

• ความถี่ของพัลส์ความถี่สูง

• ระยะเวลาของชีพจร

กฎพื้นฐานในการทำงานและสาเหตุของความล้มเหลวของอินเวอร์เตอร์เชื่อม

ความเคารพต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนเป็นกุญแจสำคัญในการทำงานระยะยาวและเชื่อถือได้เสมอ แต่น่าเสียดายที่ผู้ใช้บางรายไม่สามารถใช้ข้อกำหนดนี้ในทางปฏิบัติได้

เครื่องเชื่อมอินเวอร์เตอร์ทำงานในโรงงานการผลิต ไซต์ก่อสร้าง หรือใช้งานโดยช่างฝีมือประจำบ้านในโรงรถส่วนตัวหรือกระท่อมฤดูร้อน

ในสภาพแวดล้อมการผลิต อินเวอร์เตอร์มักประสบกับฝุ่นที่สะสมอยู่ภายในกล่อง แหล่งที่มาสามารถเป็นเครื่องมือหรือเครื่องจักรงานโลหะ การแปรรูปโลหะ คอนกรีต หินแกรนิต อิฐ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทำงานกับเครื่องบด ช่างก่ออิฐ เครื่องเจาะ...

สาเหตุต่อไปสำหรับความล้มเหลวที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อมคือการสร้างโหลดที่ไม่ได้มาตรฐานในวงจรอิเล็กทรอนิกส์โดยช่างเชื่อมที่ไม่มีประสบการณ์ตัวอย่างเช่น หากคุณพยายามตัดเกราะส่วนหน้าของหอถังหรือรางรถไฟด้วยอินเวอร์เตอร์เชื่อมพลังงานต่ำ ผลลัพธ์ของงานดังกล่าวสามารถคาดเดาได้อย่างชัดเจน: การเผาไหม้ของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ IGBT หรือ MOSFET

ภายในวงจรควบคุมรีเลย์ระบายความร้อนจะทำงานซึ่งป้องกันโหลดความร้อนที่เพิ่มขึ้นทีละน้อย แต่จะไม่มีเวลาตอบสนองต่อการกระโดดอย่างรวดเร็วของกระแสเชื่อม

อินเวอร์เตอร์เชื่อมแต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะด้วยพารามิเตอร์ «PV» - ระยะเวลาของการเปิดเมื่อเทียบกับระยะเวลาของการหยุดชั่วคราวซึ่งระบุไว้ในหนังสือเดินทางทางเทคนิค การไม่ปฏิบัติตามคำแนะนำของโรงงานเหล่านี้นำไปสู่การขัดข้องที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

การปฏิบัติต่ออุปกรณ์อย่างไม่ระมัดระวังอาจแสดงออกได้จากการขนส่งหรือการขนส่งที่ไม่ดี เมื่อร่างกายสัมผัสกับแรงกระแทกเชิงกลจากภายนอกหรือการสั่นสะเทือนของโครงรถที่กำลังเคลื่อนที่

ในบรรดาพนักงาน มีกรณีการทำงานของอินเวอร์เตอร์ที่มีสัญญาณการทำงานผิดปกติอย่างชัดเจนซึ่งจำเป็นต้องถอดออกทันที เช่น การคลายหน้าสัมผัสที่ยึดสายเชื่อมในซ็อกเก็ตของตัวเครื่อง และการส่งมอบอุปกรณ์ราคาแพงให้กับบุคลากรที่ไม่ชำนาญและได้รับการฝึกอบรมมาไม่ดีมักจะนำไปสู่อุบัติเหตุ

ที่บ้านมักจะเกิดแรงดันไฟตกโดยเฉพาะอย่างยิ่งในโรงรถสหกรณ์และช่างเชื่อมไม่ใส่ใจกับสิ่งนี้และพยายามทำงานให้เร็วขึ้น "บีบ" ทุกสิ่งที่เขาสามารถทำได้จากอินเวอร์เตอร์ ...

การจัดเก็บอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ราคาแพงในฤดูหนาวในโรงรถที่มีความร้อนต่ำหรือแม้แต่ในโรงเก็บของนำไปสู่การสะสมของคอนเดนเสทจากอากาศบนกระดาน การเกิดออกซิเดชันของหน้าสัมผัส ความเสียหายต่อรางและความเสียหายภายในอื่นๆในทำนองเดียวกัน อุปกรณ์เหล่านี้ต้องทนทุกข์ทรมานจากการทำงานในอุณหภูมิต่ำต่ำกว่า -15 องศา หรือมีฝนตกในชั้นบรรยากาศ

การโอนอินเวอร์เตอร์ไปยังเพื่อนบ้านสำหรับงานเชื่อมไม่ได้จบลงด้วยผลลัพธ์ที่ดีเสมอไป

อย่างไรก็ตาม สถิติทั่วไปของการประชุมเชิงปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่าสำหรับเจ้าของส่วนตัว อุปกรณ์เชื่อมใช้งานได้นานขึ้นและดีขึ้น

ข้อบกพร่องในการออกแบบ

เครื่องเชื่อมอินเวอร์เตอร์รุ่นเก่ามีความน่าเชื่อถือต่ำกว่า หม้อแปลงเชื่อม… และการออกแบบที่ทันสมัย ​​โดยเฉพาะโมดูล IGBT มีพารามิเตอร์ที่เทียบเคียงได้อยู่แล้ว

ในระหว่างกระบวนการเชื่อม จะเกิดความร้อนจำนวนมากขึ้นภายในตัวเรือน ระบบที่ใช้ในการถอดและระบายความร้อนแผงวงจรและชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในรุ่นระดับกลางนั้นยังมีประสิทธิภาพไม่มากนัก ดังนั้นในระหว่างการใช้งานจำเป็นต้องสังเกตการหยุดชะงักเพื่อลดอุณหภูมิของชิ้นส่วนและอุปกรณ์ภายใน

เช่นเดียวกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์อินเวอร์เตอร์จะสูญเสียการทำงานเมื่อมีความชื้นสูงและการควบแน่น

แม้จะรวมตัวกรองกำจัดเสียงรบกวนไว้ในการออกแบบ แต่การรบกวนความถี่สูงที่สำคัญค่อนข้างจะแทรกซึมเข้าไปในวงจรไฟฟ้า โซลูชันทางเทคนิคที่ช่วยขจัดปัญหานี้ทำให้อุปกรณ์มีความซับซ้อนอย่างมากซึ่งทำให้ราคาของอุปกรณ์ทั้งหมดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว