Máy hàn biến tần

Mối quan tâm lớn và mức độ phổ biến cao nhất đã tăng lên trong thập kỷ qua đối với các thiết kế mới của máy hàn hoạt động theo nguyên tắc biến tần là do những lý do chính sau:

• tăng chất lượng đường may;

• sự sẵn có của các hoạt động ngay cả đối với thợ hàn mới làm quen do bao gồm một phức hợp các chức năng để khởi động nóng, chống dính điện cực và đốt cháy hồ quang;

• giảm thiểu thiết kế của thiết bị hàn, đảm bảo tính cơ động của nó;

• tiết kiệm năng lượng đáng kể so với máy biến áp.

Những lợi thế này trở nên khả thi do sự thay đổi trong cách tiếp cận công nghệ tạo hồ quang hàn trên điện cực do sự ra đời của những tiến bộ mới nhất trong công nghệ vi xử lý.

biến tần hàn như thế nào

Chúng chạy bằng điện 220 V 50 Hz, lấy từ ổ cắm điện thông thường. (Thiết bị hoạt động trong mạng ba pha sử dụng các thuật toán tương tự.) Hạn chế duy nhất bạn nên chú ý là mức tiêu thụ điện năng của thiết bị.Nó không được vượt quá định mức của các thiết bị bảo vệ nguồn điện và đặc tính dẫn điện của hệ thống dây điện.

Trình tự của năm chu trình công nghệ được sử dụng để tạo hồ quang hàn từ biến tần được hiển thị trong ảnh.

Chúng bao gồm các quy trình được thực hiện bởi:

• chỉnh lưu;

• bộ lọc dòng ngưng tụ;

• bộ chuyển đổi tần số cao;

• máy biến áp giảm áp tần số cao;

• chỉnh lưu tần số cao;

• Kế hoạch kiểm soát.

Tất cả các thiết bị này được đặt trên bảng bên trong hộp. Khi tháo nắp ra, chúng trông giống như những gì được hiển thị trong hình.

Bộ chỉnh lưu điện áp nguồn

Nó được cung cấp điện áp xoay chiều của mạng điện cố định thông qua một công tắc thủ công nằm trên thân máy. Nó được chuyển đổi bởi một cầu diode thành một giá trị dao động. Tất cả năng lượng của hồ quang hàn đi qua các phần tử bán dẫn của khối này. Do đó, chúng được chọn với biên độ điện áp và dòng điện cần thiết.

Để cải thiện khả năng tản nhiệt, cụm đi-ốt, chịu nhiệt độ cao trong quá trình hoạt động, được gắn trên các bộ tản nhiệt làm mát, được thổi thêm bởi không khí được cung cấp từ quạt.

Sự gia nhiệt của cầu điốt được điều khiển bởi một cảm biến nhiệt độ được đặt ở chế độ cầu chì nhiệt. Nó, như một phần tử bảo vệ, khi các điốt được làm nóng đến +90 ОC, sẽ mở mạch nguồn.

Bộ lọc dòng ngưng tụ

Song song với tiếp điểm đầu ra của bộ chỉnh lưu, tạo ra điện áp gợn, hai tụ điện điện phân mạnh được kết nối để hoạt động cùng nhau. Chúng làm phẳng các dao động gợn sóng và luôn được chọn với biên độ điện áp.Thật vậy, ngay cả ở chế độ lọc thông thường, nó tăng 1,41 lần và đạt 220 x 1,41 = 310 vôn.

Vì lý do này, các tụ điện được chọn cho điện áp hoạt động ít nhất là 400 V. Công suất của chúng được tính cho từng cấu trúc theo công suất của dòng hàn tối đa. Nó thường dao động từ 470 microfarad trở lên cho một tụ điện.

bộ lọc nhiễu

Biến tần hàn đang hoạt động chuyển đổi đủ năng lượng điện để gây ra tiếng ồn điện từ. Bằng cách này, nó can thiệp vào phần còn lại của thiết bị điện được kết nối với mạng. Để loại bỏ chúng ở đầu vào bộ chỉnh lưu, hãy đặt bộ lọc cảm ứng điện dung.

Mục đích của nó là làm dịu các nhiễu tần số cao phát ra từ mạch làm việc đến mạng điện của những người tiêu dùng điện khác.

biến tần

Việc chuyển đổi điện áp trực tiếp sang tần số cao có thể được thực hiện theo các nguyên tắc khác nhau.

Trong các bộ biến tần hàn, hai loại mạch hoạt động theo nguyên tắc "cầu nghiêng" thường được tìm thấy nhất:

• bộ chuyển đổi xung nửa cầu nửa cầu;

• bộ chuyển đổi xung toàn cầu.

Hình này cho thấy việc thực hiện mạch đầu tiên.

Hai công tắc bóng bán dẫn mạnh mẽ được sử dụng ở đây. Chúng có thể được lắp ráp trên các thiết bị bán dẫn nối tiếp MOSFET hoặc IGBT.

Cascade MOSFET hoạt động tốt trong các bộ biến tần điện áp thấp và cũng xử lý tốt các tải hàn. Để sạc/xả nhanh công suất cao, họ cần một trình điều khiển đẩy với điều khiển tín hiệu ngược pha để sạc nhanh các tụ điện bằng một bóng bán dẫn và nối đất ngắn để xả với một bóng bán dẫn khác.

IGBT lưỡng cực đang trở nên phổ biến trong các bộ biến tần hàn.Chúng có thể dễ dàng truyền tải công suất lớn với điện áp cao, nhưng yêu cầu các thuật toán điều khiển phức tạp hơn.

Sơ đồ của bộ chuyển đổi xung nửa cầu được tìm thấy trong cấu trúc của bộ biến tần hàn thuộc loại giá trung bình. Nó có hiệu quả tốt, đáng tin cậy, nó tạo thành một máy biến áp xung hình chữ nhật với tần số cao vài chục kHz.

Bộ chuyển đổi xung toàn cầu phức tạp hơn, nó bao gồm hai bóng bán dẫn bổ sung.

Nó tận dụng tối đa tất cả các khả năng của một máy biến áp cao tần với các công tắc bán dẫn hoạt động theo cặp ở chế độ hai cầu xiên kết hợp.

Mạch này được sử dụng trong các bộ biến tần hàn mạnh mẽ và đắt tiền nhất.

Tất cả các bóng bán dẫn chính được lắp đặt trên các bộ tản nhiệt mạnh mẽ để loại bỏ nhiệt. Ngoài ra, chúng còn được bảo vệ thêm khỏi các đột biến điện áp có thể xảy ra bằng cách giảm chấn các bộ lọc RC.

máy biến áp tần số cao

Đây là một cấu trúc biến áp đặc biệt, thường là mạch từ ferit, giúp giảm điện áp tần số cao sau biến tần với tổn thất tối thiểu đối với đánh lửa hồ quang ổn định khoảng 60 - 70 vôn.

Dòng điện hàn lớn lên đến vài trăm ampe chạy trong cuộn dây thứ cấp của nó. Như vậy, khi chuyển đổi vol. / Năng lượng H với giá trị dòng điện và điện áp cao tương đối thấp trong cuộn thứ cấp, dòng điện hàn được hình thành với điện áp đã giảm.

Do sử dụng tần số cao và chuyển đổi sang mạch từ ferit, trọng lượng và kích thước của máy biến áp giảm đáng kể, giảm tổn thất điện năng do đảo ngược từ tính sắt và tăng hiệu suất.

Ví dụ, một máy biến áp hàn kiểu cũ có lõi từ sắt, cung cấp dòng điện hàn 160 ampe, nặng khoảng 18 kg và máy biến áp tần số cao (có cùng đặc tính điện) nặng hơn 0,3 kg một chút.

Những lợi thế về trọng lượng của thiết bị và theo đó, trong điều kiện làm việc là rõ ràng.

Bộ chỉnh lưu công suất đầu ra

Nó dựa trên một cây cầu được lắp ráp từ các đi-ốt đặc biệt tốc độ cao, tốc độ rất cao có khả năng đáp ứng dòng điện tần số cao—mở và đóng với thời gian phục hồi khoảng 50 nano giây.

Điốt thông thường không thể đối phó với nhiệm vụ này. Khoảng thời gian thoáng qua của chúng tương ứng với khoảng một nửa chu kỳ điều hòa hình sin của dòng điện, hoặc khoảng 0,01 giây. Vì điều này, chúng nhanh chóng nóng lên và cháy.

Cầu đi-ốt nguồn, giống như các bóng bán dẫn của máy biến áp cao áp, được đặt trên các bộ tản nhiệt và được bảo vệ bằng mạch RC giảm chấn chống lại các xung điện áp.

Các đầu ra của bộ chỉnh lưu được làm bằng các vấu đồng dày để kết nối chắc chắn cáp hàn với mạch điện cực.

Đặc điểm của sơ đồ điều khiển

Mọi hoạt động của biến tần hàn được điều khiển và kiểm soát bởi bộ vi xử lý thông qua phản hồi sử dụng các cảm biến khác nhau, cung cấp các thông số dòng hàn gần như lý tưởng để hàn mọi loại kim loại.

Nhờ tải được định lượng chính xác, tổn thất năng lượng trong quá trình hàn giảm đáng kể.

Để vận hành mạch điều khiển, một điện áp ổn định không đổi được cung cấp từ nguồn điện, được kết nối bên trong với các mạch đầu vào 220 V.Sự căng thẳng này nhằm mục đích:

• quạt làm mát bộ tản nhiệt và bo mạch;

• rơle khởi động mềm;

• đèn báo LED;

• cung cấp năng lượng cho bộ vi xử lý và bộ khuếch đại hoạt động.

Rơle cho biến tần khởi động mềm rõ ràng từ tên. Nó hoạt động theo nguyên tắc sau: tại thời điểm bật biến tần, các tụ điện của bộ lọc mạng bắt đầu sạc rất mạnh. Dòng sạc của chúng rất cao và có thể làm hỏng điốt chỉnh lưu.

Để ngăn chặn điều này, điện tích được giới hạn bởi một điện trở mạnh, với điện trở hoạt động của nó làm giảm dòng điện khởi động ban đầu. Khi các tụ điện được sạc và biến tần bắt đầu hoạt động ở chế độ thiết kế, rơle khởi động mềm sẽ kích hoạt và thông qua các tiếp điểm thường mở của nó, điều khiển điện trở này, do đó loại bỏ nó khỏi mạch ổn định.

Hầu như tất cả logic biến tần được đặt bên trong bộ điều khiển vi xử lý. Nó điều khiển hoạt động của các bóng bán dẫn mạnh mẽ của bộ chuyển đổi.

Bảo vệ quá áp của bóng bán dẫn cổng và bộ phát dựa trên việc sử dụng điốt zener.

Một cảm biến được kết nối với mạch cuộn dây của máy biến áp tần số cao - máy biến dòng, với các mạch thứ cấp của nó sẽ gửi tín hiệu tỷ lệ thuận về độ lớn và góc để xử lý logic. Bằng cách này, cường độ của dòng điện hàn được kiểm soát để tác động đến chúng trong quá trình khởi động và vận hành biến tần.

Để kiểm soát cường độ của điện áp đầu vào ở đầu vào của bộ chỉnh lưu chính của thiết bị, một vi mạch khuếch đại hoạt động được kết nối.Nó liên tục phân tích các tín hiệu từ bảo vệ điện áp và dòng điện, xác định thời điểm xảy ra tình huống khẩn cấp khi cần chặn máy phát đang hoạt động và ngắt biến tần khỏi nguồn điện.

Độ lệch tối đa của điện áp cung cấp được điều khiển bởi một bộ so sánh. Nó được kích hoạt khi đạt đến giá trị năng lượng tới hạn. Tín hiệu của nó được xử lý tuần tự bởi các phần tử logic để tắt máy phát và biến tần.

Để điều chỉnh thủ công dòng điện của hồ quang hàn, một chiết áp điều chỉnh được sử dụng, núm của nó được đưa ra ngoài thân thiết bị. Thay đổi điện trở của nó cho phép sử dụng một trong các phương pháp điều khiển, ảnh hưởng đến:

• biên độ trong / h điện áp của biến tần;

• tần số xung cao tần;

• thời lượng xung.

Các quy tắc hoạt động cơ bản và nguyên nhân gây ra sự cố của biến tần hàn

Tôn trọng các thiết bị điện tử phức tạp luôn là chìa khóa cho hoạt động lâu dài và đáng tin cậy của nó. Nhưng thật không may, không phải tất cả người dùng đều áp dụng quy định này trong thực tế.

Biến tần hàn hoạt động trong các xưởng sản xuất, công trường xây dựng hoặc được sử dụng bởi các thợ thủ công tại nhà trong nhà để xe cá nhân hoặc nhà tranh mùa hè.

Trong môi trường sản xuất, biến tần thường bị bụi tích tụ bên trong hộp. Nguồn của nó có thể là bất kỳ công cụ hoặc máy gia công kim loại, chế biến kim loại, bê tông, đá granit, gạch. Điều này đặc biệt phổ biến khi làm việc với máy mài, thợ nề, máy đục lỗ...

Lý do tiếp theo cho sự cố xảy ra trong quá trình hàn là do thợ hàn thiếu kinh nghiệm tạo ra các tải không chuẩn trên mạch điện tử.Ví dụ: nếu bạn cố gắng cắt giáp trước của tháp xe tăng hoặc đường ray bằng máy biến tần hàn công suất thấp, thì kết quả của công việc đó có thể đoán trước một cách rõ ràng: làm cháy các linh kiện điện tử IGBT hoặc MOSFET.

Bên trong mạch điều khiển, một rơle nhiệt hoạt động, bảo vệ chống lại tải nhiệt tăng dần, nhưng nó sẽ không có thời gian để phản ứng với những dòng điện hàn tăng vọt như vậy.

Mỗi biến tần hàn được đặc trưng bởi tham số «PV» - thời lượng bật so với thời lượng tạm dừng dừng, được chỉ định trong hộ chiếu kỹ thuật. Việc không tuân theo các khuyến nghị của nhà máy này dẫn đến các sự cố không thể tránh khỏi.

Xử lý bất cẩn thiết bị có thể được thể hiện trong quá trình vận chuyển hoặc vận chuyển kém, khi thiết bị tiếp xúc với các cú sốc cơ học bên ngoài hoặc rung động của khung ô tô đang di chuyển.

Trong số các nhân viên, có những trường hợp hoạt động của bộ biến tần có dấu hiệu trục trặc rõ ràng cần phải loại bỏ ngay lập tức, chẳng hạn như nới lỏng các tiếp điểm cố định cáp hàn trong ổ cắm của vỏ. Và giao thiết bị đắt tiền cho nhân viên không có kỹ năng và được đào tạo kém cũng thường dẫn đến tai nạn.

Ở nhà, điện áp cung cấp thường xuyên bị sụt giảm, đặc biệt là ở các hợp tác xã ga ra, và người thợ hàn không chú ý đến điều này và cố gắng thực hiện công việc của mình nhanh hơn, "vắt" mọi thứ mà anh ta có khả năng và không có khả năng ra khỏi biến tần ...

Việc bảo quản mùa đông các thiết bị điện tử đắt tiền trong nhà để xe được sưởi ấm kém hoặc thậm chí trong nhà kho dẫn đến sự lắng đọng chất ngưng tụ từ không khí trên bo mạch, oxy hóa các tiếp điểm, hư hỏng đường ray và các hư hỏng bên trong khác.Tương tự như vậy, các thiết bị này phải chịu hoạt động ở nhiệt độ thấp dưới -15 độ hoặc lượng mưa trong khí quyển.

Việc chuyển biến tần cho hàng xóm để hàn không phải lúc nào cũng kết thúc thuận lợi.

Tuy nhiên, thống kê chung của các xưởng cho thấy đối với chủ tư nhân, thiết bị hàn hoạt động lâu hơn và tốt hơn.

lỗi thiết kế

Biến tần hàn từ các phiên bản cũ có độ tin cậy thấp hơn máy biến áp hàn… Và thiết kế hiện đại của chúng, đặc biệt là các mô-đun IGBT, đã có các thông số tương đương.

Trong quá trình hàn, một lượng nhiệt lớn được tạo ra bên trong vỏ. Hệ thống được sử dụng để loại bỏ và làm mát bảng mạch và các thành phần điện tử trong các mẫu máy tầm trung thậm chí không hiệu quả lắm. Vì vậy, trong quá trình vận hành cần chú ý ngắt quãng để giảm nhiệt độ của các bộ phận, thiết bị bên trong.

Giống như tất cả các mạch điện tử, các thiết bị biến tần mất chức năng với độ ẩm và ngưng tụ cao.

Mặc dù có các bộ lọc loại bỏ tiếng ồn trong thiết kế, nhưng nhiễu tần số cao khá đáng kể vẫn xâm nhập vào mạch nguồn. Các giải pháp kỹ thuật loại bỏ vấn đề này làm phức tạp đáng kể thiết bị, dẫn đến giá của tất cả các thiết bị tăng mạnh.